Automatização modular na engenharia hídrica

Automatização modular em quatro etapas

Não há muito a fazer relativamente às amplas flutuações no consumo e na qualidade da água bruta. Mas o que pode garantir é que o seu tratamento de água aja de forma inteligente. É aqui que entra em cena a Indústria 4.0, em conjunto com a automatização modular da Festo.

Automatização modular com CPX

A Festo tornou a tecnologia de automatização inteligente. Graças à digitalização, agora podemos conectar módulos automatizados com facilidade, segurança e confiança e fazê-los interagir entre si. A expressão-chave aqui é "componentes inteligentes", que podem ser combinados uns com os outros de maneira flexível, com base nas necessidades e requisitos. Cada módulo contém todos os elementos de automatização para processar os seus próprios processos.

O elemento principal para o processamento do sinal centralizado e para o controlo funcional é a plataforma de automatização CPX. Ao contrário do que acontece com o sistema de controlo central, aqui obterá um controlo muito melhor e mais económico sobre a flutuação do consumo de água e a qualidade da água bruta. Para o sistema de filtros ou para as etapas do processo (aumento da numeração e não escala), se faltar alguma coisa, poderá ser deduzido ou ativado.

Inteligência ao nível de campo

Comparação: modular e centralizado

Engenharia hídrica: automatização modular

Geralmente, o design e a engenharia dos sistemas do processo são feitos da seguinte forma: você define a quantidade de produção numa determinada unidade de tempo e configura o processo para a alcançar. Tudo é controlado e monitorizado pelo sistema de controlo central. Isto funciona bem desde que a quantidade de produção necessária permaneça a mesma,

mas normalmente acontece o oposto, ou ocorrem flutuações na qualidade da água bruta. A intervenção nesse sistema de automatização central é muito complicada, porque todo o processo e a tecnologia de automatização precisam ser modificados. Para além disso, também precisa de alguém que seja especialista neste design em especial e na sua programação. E, acima de tudo, o rendimento produzido pode ter impacto na qualidade do produto e colocar em perigo a produtividade do sistema. E, por último, o serviço e a manutenção ficam mais difíceis e mais caros, porque precisa de desligar e reiniciar o sistema constantemente.

O conceito de automatização modular dá uma alternativa eficiente para todas as industrias que tratam e usam a água. Todos os módulos do sistema conectado são uma unidade funcional autónoma, que trabalha de forma independente e contém o controlador completo da Festo. Isto significa que pode conecta-lo e desconecta-lo facilmente, conforme necessário, com rapidez e a baixo custo. O que resulta nas trocas à quantidade da produção que podem ser implementadas flexivelmente. Não é necessário reprogramar ou reconfigurar o software da aplicação. Também, os custos da manutenção diminuem significativamente.

Exemplo prático: produção de bebidas

Produção de bebidas

A água bruta tem uma composição diferente dependendo da localização da fábrica. Ocasionalmente, pode ocorrer a contaminação da água. Por isso, são necessárias as etapas de tratamento da água correspondentes para garantir que está a produzir água de alta qualidade. É necessária a combinação precisa de sistemas de filtração: filtros de cascalho, trocadores de iões, sistemas de ultrafiltração ou de osmose inversa, etc.

A automatização modular tem uma clara vantagem, pois pode adaptar-se rapidamente às novas circunstâncias e integrar facilmente os módulos de filtração necessários. Ainda, cada um destes módulos já contém as funções de automatização necessárias que foram criadas pelo sistema de entrada/saída remoto com o circuito alugado integrado da Festo. Portanto, eles podem ser expandidos com base na necessidade.

O seu caminho para a automatização modular

Usando a filtração da água como exemplo, estes diagramas mostram em quatro etapas, como fazer uma solução automatizada modular e descentralizada a partir de um sistema convencional a larga escala com base no processo com a automatização centralizada. Para este exemplo, apresentaremos uma instalação de tratamento de água típica que foi concebida usando exatamente os requisitos definidos anteriormente e que seriam difíceis de adaptar (redução ou aumento). A automatização modular cria um sistema flexível a partir disso, permitindo-lhe ajustar a quantidade de produção rapidamente, removendo módulos (diminuição dos números) ou adicionando módulos (aumento dos números).

Para o nosso exemplo, ilustraremos o design do sistema de filtração de água que já foi usado, com o controlador central e o sistema de controlo. O coletor da válvula é conectado a ele através de um barramento de campo como sistema remoto de entrada/saída com a peça pneumática integrada. Os componentes para controlar os dispositivos de campo estão instalados no quadro de comando.

Etapa 1: dividir em subprocessos

Tais sistemas convencionais para tratamento de água podem ser modularizados de forma simples. No início, o processo é dividido em subprocessos. Para cada subprocesso, é definido um módulo que contém todos os componentes mecânicos e de automatização necessários para a operação autónoma.

Etapa 2: modularizar a automatização

A automatização é modularizada da mesma maneira: os componentes do quadro de comando e o controlador central (o software da aplicação do processo) são divididos de forma que cada módulo seja equipado com os seus próprios controladores, componentes de entrada/saída remotos e controladores pneumáticos.

Etapa 3: coordenação de todo o sistema

Depois dos módulos terem sido conectados em conjunto para formar o sistema de processo, cada módulo disponibiliza a funcionalidade específica pela interface de dados, no formato encapsulado. Isto possibilita a leitura e/ou escrita do modo de operação, do estado, dos valores de medição do processo, dos alarmes, etc., para que o sistema funcione.

Para além disso, também precisa do sistema de gestão de processo que coordena as funcionalidades do módulo ao longo de todo o sistema e facilita a orientação dos processos. No entanto, essa pode ser uma abordagem muito mais simples do que com os controladores centrais. Como mencionado, as funções do controlador já estão nos módulos.

Etapa 4: ajuste flexível dos sistemas modulares

Com os módulos descritos, é possível construir sistemas com qualquer configuração que deseja para cumprir com as suas necessidades e requisitos, adicionando módulos que são idênticos em termos de construção e funções. Isso é flexível desde a palavra "ir" e permanece flexível, com o aumento da numeração e não da escala.

A automatização modular é relativamente simples. É ainda mais simples com a Festo: os nossos especialistas ficam felizes por poder aconselhá-lo.

Argumentos a favor da automatização modular

A modularização descrita de um sistema previamente controlado centralmente é baseada no exemplo da filtração de água. Contudo, fundamentalmente, o princípio também pode ser aplicado a outros setores industriais. E não são apenas os operadores do sistema que lucram da flexibilidade da automatização modular de processos da Festo. Os fabricantes de equipamentos também ganham com o conceito modular.

Benefícios para a operação das empresas e para os OEM

  • Aumento/diminuição da numeração: a automatização modular facilita muito as alterações em todo o sistema. Isso torna a engenharia mais rápida e barata.
  • Transparência: os módulos individuais da Festo são unidades definidas com precisão e com uma clara funcionalidade.
  • Flexibilidade: a personalização do módulo também é fácil. Isto simplifica e acelera a integração das etapas adicionais do processo.
  • Simplicidade: os módulos possuem o software específico da aplicação. Isto reduz a complexidade de todas as TI.
  • Autonomia: os módulos Festo são programados com CODESYS de acordo com a normativa IEC 61131. Consequentemente, não existem custos com licenças e pode selecionar o hardware de automatização que desejar.
  • Sinergia: Os OEM também podem produzir módulos padronizados em lotes pequenos e testá-los minuciosamente antes da entrega. Desta forma, beneficia das economias da escala em termos de produção e montagem; diminui os seus custos e fornece o mercado no momento certo.

A engenharia hídrica é apenas o início

É previsível que o projeto e a engenharia dos sistemas de processos mudem em algum momento. Relativamente à Indústria 4.0, a Recomendação NE 148 de NAMUR já formulou os "requisitos de automatização para a modularização das instalações de processos". Ao longo de toda a indústria de processos, os operários do equipamento e fabricantes devem realizar testes para verificar que conceitos modulares são possíveis com os sistemas atuais.

Livro Branco: sistemas com base no princípio Lego

Explicamos a mudança para a automatização modular em sistemas de processos usando o exemplo da filtração de água, no livro branco claro e abrangente.

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