水處理工程的模組化自動化方案

只需四個步驟即可達成模組化自動化

對於原水的用水量和水質的大幅波動,您無法改變。但您能做的是,確保您的水處理系統能夠對此進行智慧化管理。這就是網路化工業・4.0・以及・Festo・的模組化自動化發揮作用的地方。

運用 CPX 達成模組化自動化

Festo 賦予自動化技術智慧。藉由數位化,如今我們可以在現場層輕鬆、安全、可靠地將自動化模組相互連接,並使它們協同工作。這裡的關鍵詞是「智慧元件」,它們可以準確地根據需要和要求靈活組合。每個模組都包含執行本身過程所需的所有自動化元件。

我們的自動化平台・CPX・是所有分散訊號處理和功能控制活動的核心。與中央控制系統相比,它能更妥善、更經濟地控制波動的用水量和原水水質。如果缺少任何東西,無論是過濾系統還是其它過程步驟,都可以簡單地連接並啟動(即增加數量,而不是複雜的規模擴展)。

現場層智慧化

比較:模組化自動化與集中式自動化

水處理工程:模組化自動化

到目前為止,與過程相關的系統設計和工程設計,通常是這樣進行的:定義一個必須在特定時間內完成的生產量,然後設置實現此目標的過程。一切都由集中式控制系統控制和監控。只要所需的生產量保持不變,這種方法就行之有效。

但情況往往並非如此,或者原水的水質有波動。介入這種集中式安裝的自動化系統非常費力,因為這表示需要修改整個過程和自動化技術,並且還需要非常熟悉特定設計和程式設計方式的人。此外,被拉低的生產量會影響產品品質,並危及系統的盈利能力。最後,由於需要不斷關閉並重新啟動系統,因此維修和維護變得更加困難和昂貴。

現在,模組化自動化的概念,為所有處理和使用水的行業提供一個合適的替代方案。每個連接的系統模組本身就是一個功能單元,可以獨立工作,並包含 Festo 的完整控制器。這表示您可以根據需要快速、輕鬆、經濟地連接和中斷它。因此,可以靈活地變更生產量,而不需要重新設計程式或重新配置應用程式軟體,維護成本也大幅下降。

實際案例:飲料生產

飲料生產

根據工廠的位置,原水的成分不同,有時會發生污染。因此,需要採取適當的步驟來處理水,以確保生產中使用優質的水。這需要過濾系統的精確組合:砂石濾池、離子交換器、超濾或反滲透系統等。

在這種情況下,模組化自動化具有明顯的優勢,因為它可以快速適應不斷變化的條件,並且所需的過濾模組易於整合。這是因為每一個模組都已經包含必要的自動化功能,透過具有 Festo 整合式可編程邏輯控制器的遠端 I/O 系統達成。因此,它們很容易根據實際需要進行擴展。

通往模組化自動化之路

以水過濾為例,這些圖表說明如何透過四個步驟將傳統的、基於大規模過程的集中式自動化系統轉變為模組化、分散式自動化解決方案。在此例中,我們將採用典型的水處理系統,能夠滿足先前指定的要求但現在很難修改(即擴大或縮小規模)。模組化自動化將其轉變為靈活的系統,透過刪除模組(減少)或添加模組(增加)來快速輕鬆地調整生產量。

對於我們的實例,我們將採取具有中央控制器和控制系統的水過濾系統設計,這種設計曾經經常使用。閥島透過現場匯流排與其連接,成為整合氣動部件的遠端 I/O 系統。用於控制現場設備的元件安裝在控制櫃中。

第・1・步:分為幾個子過程

這些類型的常用水處理系統易於模組化。首先,將整個過程分為幾個子過程。為每個子過程定義一個模組,其中包含自主操作所需的所有機械和自動化技術元件。

第・2・步:模組化自動化

自動化以同樣的方式模組化。對控制櫃元件和中央控制器(基於過程的應用軟體)進行劃分,確保每個模組都配備本身的控制器、遠端 I/O 元件和氣動控制裝置。

第 3 步:搭配整個系統

一旦模組完成連接以形成基於過程的系統,每個模組透過資料介面以封裝形式訊號執行其特定功能。因而可以讀出或寫入操作模式、狀態、過程測量值、警報等,以便系統正確執行。

此外,您還需要一個過程管理系統,協調整個系統中的模組功能,並管理整個過濾過程。這種方法可能比使用中央控制器更精簡。如前所述,過程相關的控制功能已經包含在模組當中。

第 4 步:靈活客製模組化系統

使用上述模組,您可以透過添加在結構和功能方面相同的模組來建構任意結構的系統,以滿足您的精確需求和實際需要。透過數量增加而非規模擴張,系統從一開始就保持靈活性,

讓模組化自動化相對容易。有 Festo 的協作,如此的改造就更容易達成。我們的專家很樂意為您提供建議。

支持模組化自動化的理由

此處所述的模組化,是基於過去集中控制的水過濾系統的實例。然而,這一基本原則也適用於其它工業領域。不僅系統營運商受益於 Festo 模組化過程自動化提供的靈活性,設備製造商也將從模組化概念中獲益。

營運商和設備製造商從中的獲益

  • 數量增加/減少:模組化自動化使得整個系統修改變得更加容易。因此,可以更快速、更經濟地完成工程設計任務。
  • 透明: Festo・的各個模組是精確定義的單元,功能清晰。
  • 靈活:這也表示模組易於客製訂做。能簡化並加快其它過程步驟的整合。
  • 簡單:模組包含其自身專用的應用軟體。降低了整個 IT 環境的複雜性。
  • 自主控制:Festo 模組使用 CODESYS 進行編程,符合 IEC 61131 標準。因此,沒有許可證費用,您可以自由選擇需要的自動化硬體。
  • 協同增效:設備製造商甚至可以小批量生產標準化模組,並在交付前進行全面測試。因此,受益於生產和組裝的規模經濟,您可以降低成本,並在合適的時間為市場服務。

水處理工程只是開始

可以預見,基於過程的系統設計和工程將有一個根本性的轉變。NAMUR・Recommendation・NE・148・已經針對工業・4.0・制定「與過程工廠模組化相關的自動化要求」。換句話說,整個過程行業的系統營運商和製造商應該檢查其系統是否已經適於實現模組化概念。

白皮書:基於樂高原理的系統

在這份清晰而全面的白皮書中,我們以水過濾為例,說明基於過程的系統向模組化自動化的轉變。

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