Importanta Epurarii Apelor Uzate

Importanța epurării apelor uzate

Apa este încărcată cu materii poluante și substanțe care îi modifică indicatorii de calitate, devenind astfel uzată. Intrucât domeniile de folosire a apei îmbracă cele mai diverse forme, posibilitățile de poluare a acesteia sunt foarte mari, astfel cele mai dificile probleme în domeniul gospodăririi apelor o constituie protecția calității, combaterea și prevenirea poluării lor. Locuind într-o țară industrială, circa 80 % din apa folosită de întoarte, mai puțin sau mai mult impurificată, în circuitul natural, sub formă de apă uzată.

Apele uzate pot conține componente ce pot avea o acțiune vătămătoare asupra atât florei și faunei, captărilor de apă în aval, folosinței în agricultură, instalațiilor de canalizare cât și a stării igenico-sanitare. Caracterizarea acestora este necesară pentru aprecierea nocivitâții, a gradului de încărcare și pentru stabilirea tehnologiei de epurare, astfel se determină natura și concentrația impurificatorilor specifici, gradului de mineralizare, etc. Protecția calității apelor naturale urmarește respectarea valorilor-limită admisibile pentru indicatorii de calitate a apei și implicit pentru cantitățile de impurificatori admisibile de a fi evacuate. Se impun anumite condiții care stabilesc valorile-limită ale principaelor substanțe poluante pentru ca apele uzate să fie evacuate în râuri.

Epurarea apelor uzate constituie un ansamblu de procese și operații prin care poluanții sunt eliminați astfel încât apele uzate sa poată fi deversate în receptori naturali.

În tehnologia epurarii apelor uzate se utilizeaza mai multe procedee având la baza procese fizice, chimice și biologice, sau combinari între aceste procese pentru o eficienta ridicată epurarii. (Dima M.,1998). Un prim pas este efectuarea unui tratament preliminar al apelor reziduale, având la baza fenomenele de separatie lichid-solid sau lichid-substante plutitoare, datorita diferentelor de greutate, precum pietrele, grăsimile și nisipul, prin pocedee mecanice, precum filtrarea, flotația sau dencatarea. Apele reziduale trec prin bazinele care au anumite micoorganisme ca un procedeu de tratare secundar, pentru a transforma orice urmă de poluare în nămoluri de epurare. Aceasta tratare sencundară intervine în cazul dezinfectării apelor uzate în compoziția cărora predomină bacterii patogene. Ea poate reduce cantitatea de materii organice cu peste 90% și poate elimina germenii fecali în proporție de 99% in condițiileîn care Stația de epurare este concepută și expoatată corespunzător.

O tratare mai avansată presupune etape suplimentare, cum ar fi eliminarea nutrienților sau dezinfectarea. Nutrienții, precum nitrații sau fosfații, pot fi eliminați prin procedee biologice, utilizate la stabilizarea depunerilor organice (namoluri) rezultate din epurarea apelor uzate și prin adăugarea unor substanțe chimice. Tehnicile de dezinfectare pot presupune radiații ultraviolete sau tratarea cu ozon.

Indiferent de procedeele folosite, epurarea apelor cuprinde două mari grpe de operații:

reținerea substanțelor poluante sau a celor care pot fi valorificate ulterior;

preluarea depunerilor rezultate din epurarea apelor uzate.

Funcțiile și structura stațiilor de epurare a apelor uzate

Procse pentru epurarea apelor uzate

Procesele fizice de epurare sunt acelea în care substanțele poluante nu suferă transformări în alte substanțe, având la bază principiile:

separarea gravitațională a particulelor grosiere, nedizolvate în apă, sub influența câmpului gravitațional al Pământului, prin sedimentare, prin flotație sau prin centrifugare. Este posibil fenomenul de aglomerare (floconare), flocoanele având mase mai mari și care sedimentează mai repede.

flotația este un proces unitar de separare din apă, sub acțiunea câmpului gravitațional terestru, a particulelor cu densitate medie mai mică decât a apei. Flotația poate fi naturală sau cu aer introdus în apă sub formă de bule fine prin difuzoare poroase. Scopul flotației este de a forma o spumă stabilă care să încorporeze particulele insolubile. Flotația se poate face se poate face în bazine circulare sau dreptunghiulare.

filtrarea constă în trecerea apei printr-un mediu poros în care are loc reținerea prin fenomene predominant fizice. Filtrarea este un proces de sitare cu ajutorul unei țesături fine sau împâslituri.

reținerea pe grătare și site a impurităților grosiere (crengi, fire etc) pe grătare și a celor mai mici pe site

epurarea în filtre granulare și filtre cu prestrat. Materialul granular folosit ca umplutură filtrantă este nisipul cuarțos. Se mai folosesc filtre cu mai multe straturi de materiale granulare, cu densități diferite (de ex. din antracit, nisip cuarțos, granat) care pot fi spălate, granulele aranjându-se cu diametrul descrescând în sensul de curgere.

epurarea prin membrane. Membrana este o barieră pentru speciile moleculare sau ionice prezente în curentul de apă care o străbate. Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloză, materiale polimerice stabile în timp (poliamide, polisuflone, etc.). Procesul de epurare cu membrane se numește osmoză, care poate fi directă sau inversă, în funcție de direcția apei de la o soluție diluată la una concentrată sau invers.

transferul între faze se bazează pe trecerea poluanților într-o altă fază, nemiscibilă cu apa, care poate fi lichidă, solidă sau gazoasă. Astfel există extracția lichid-lichid (se folosește un solvent în care poluantul este mult mai solubil decât în apă, apoi, după agitare, are loc procesul de sedimentare, când se formează două straturi: apa extrasă și extractul), extracția lichid-gaz (în loc de solvent se folosește aer, gaze de ardere).

distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei în fază de vapori, prin încălzire, urmată de condensarea vaporilor, deoarece impuritățile au o volatilitate mai redusă ca apă.

înghețarea constă în trecerea apei în fază solidă sub formă de cristale de gheață, care se separă de soluția reziduală îmbogățită în impurități.

spumarea este un proces de separare din apă a unor impurități organice dizolvate, datorită adăugării unor agenți de spumare și prin barbotarea apei cu aer sub formă de bule fine.

absorbția are la bază fenomenul de reținere pe suprafața unui corp a moleculelor unei substanțe dizolvate în apă.

Prin procesele chimice de epurare, poluanții sunt transformați în alte substanțe mai ușor de separat, precipitate insolubile, gaze, care pot fi stipale, care au o activitate nocivă mai redusă sau sunt mai susceptibile de a fi îndepărtate.

neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei soluții uzate este reglat prin adaos de acizi sau baze.

oxidarea și reducerea. Scopul oxidării este de a converti compușii chimici nedoriți în alții mai puțin nocivi. Reducerea constă în transformarea unor poluanți cu caracter oxidant în substanțe inofensive care pot fi ușor epurate.

precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluanților din apele reziduale în produși insolubili.

coagularea și flocularea – îndepărtarea unor particule prin sedimentare (coagulare) și destabilizarea prin absorbția unor molecule mari de polimeri care formează punți de legătură între particule (floculare). Se folosesc pentru particule coloidale. În acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici.

schimbătorii de ioni se utilizează mai ales pentru dedurizarea apelor

Prin procesele biologice de epurare, substanțele organice pot fi îndepărtate din apă de către microorganisme care le utilizează ca hrană, respectiv sursă de carbon.

epurarea biologică aerobă se realizează în construcții în care biomasa este suspendată în apă sub formă de agregate de microorganisme (flocoane), sistemele fiind aprovizionate cu oxigen.

epurarea biologică anaerobă a apelor uzate se realizează în incinte închise (bazine de fermentare) ferite de accesul oxigenului care inhibă activitatea microorganismelor anaerobe. Prin descompunerea poluanților organici se obțin gaze de fermentare combustibile, datorită conținutului ridicat de metan.

Dezinfecția este necesară în cazul apelor uzate care conțin microorganisme. Dacă sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor, prin dezinfecție nu se distrug toate. Dezinfectantul pătrunde prin peretele celular și denaturează materiile proteice din protoplasmă, inclusiv enzimele. Un dezinfectant pentru apă este clorul activ care acționează sub formă de ion de hipoclorit, cu efecte pronunțate la valori mici ale pH. Dintre metodele fizice de dezinfecție, cele mai utilizate sunt metoda termică și iradierea cu radiații de energie ridicată.

Procedeele de epurare caracteristice apei uzate

Procedeele de epurare , corespunzătoare proceselor caracteristice, precum și instalațiilor respective de epurare, sunt de trei categorii:

Procedeele de epurare mecanică au ca scop: reținerea corpurilor și suspensiilor în instalații precum grătare , cominutoare și dezintegratoare;flotarea grasimilor și uleiurilor realizata in separatoare de grasimi sidecantoare; sedimientarea sau decantarea pt separarea materiilor solide insuspensie din apa uzata prin instalatii de deznisipare, decantare.

Procedeele de epurare macano-chmimicase bazeaza pe actiuneasubstantelor chimice asupra apelor și au ca scop: epurarea mecanica;coagularea suspensiilor din apa , realizate in camerele de preparare sidozarea reactiviilor de amestec și de recatie;dezinfectarea apelor uzate realizate in stațiile de clorinare și bazinele de contact.

Procedeele de epurare mecano-biologica se bazeaza pe actiunea comunaa proceselor mecanice și biologice avand ca scop : epurarea mecanica;epurarea naturala a apelor uzate și a namolurilor realizate in campuri deirigare și filtrare , iazuri biologice; epurarea artificiala a apelor uzate și anamolurilor realizate in filtre bilogice, bazine cu nămol activ.

Stațiile de epurare pot funcționa cu una, două sau trei trepte din cele menționate mai sus ținând cont de provenința și caracteristicile apelor uzate, astfel încât in intalația de epurare urmarindu-se epurarea sau inactivitatea tuturor substanțelor care pot polua mediul înconjurător. Astfel, procedeele tehnologice de epurare menționate sunt completate, cu diferite instalații și mecanisme suplimentare în scopul asigurării unor eficiențe avansate.

Schemele stațiilor de de epurare

Stațiile de epurare sunt constituite din instalații complexe, așezate într-o anumită ordine, fiecare având un rol bine determinat. Apa poluată parcurge un traseu bine definit conform fluxului tehnologic de tratare. Schema unei instalații de epurare reprezintă succesiunea plasării diferitelor instalații ce compun Stația de epurare, precum și legătura dintre acestea. Schemele stațiilor de epurare se aleg în funcție de :

Gradul de epurare necesar conform calculelor;

Debitul de apă uzată și variația debitului;

Spațiul disponibil pentru construcția stației de epurare;

Modul tratare a nămolului;

Tipul utilajelor ce urmează a fi montate în stație;

Condițiile locale : geotehnice, transport, alimentare cu apă, etc.,

Poziția față de emisar.

Aceste scheme clasice pot avea numeroase variante funcție de caracteristicile apelor uzate și de pretențiile calitative a apelor epurate. Cu cât instalațiile sunt mai performante și mai complexe cu atât calitatea apei epurate va fi mai bună dar și costurile procesului de epurare va fi mai ridicate.

În componența stațiilor de epurare intră elementele componente ale instalațiilor pentru epurare mecanică, instalațiile pentru epurare biologică, instalații pentru tratarea terțiară, instalații pentru tratarea nămolurilor, rezervoare de biogaz, laboratoare de analiza apelor, ateliere de întreținere, etc.

Important de reținut este faptul la sfârșitul procesului de epurare, apa din punct de vedere calitativ trtebuie să se încadreze în normativele tehnice.

Conducerea automată a proceselor din stațiile de epurare a apelor uzate

Activitatea tehnică reprezinttă un proces în care interacționează, ca elemente distincte: omul, sistemele tehnice și factorii de mediu. În mod practic, conducerea proceselor reperintă un ansambu de acțiuni efectuate manual sau automat care determină o evoluție a procesului după o traiectorie de stare dorită. Abordarea unei soluții adecvate de automatizare, presupune, pe de o parte cunoașterea cât mai completă a evoluției procesului, a restricțiilor tehnologice în care evoluează, iar, pe de altă parte, proiectarea și alegerea unei soluții, atât ca structură conceptuală, cât și ca echipamente de automatizare, care să permită conducerea procesului după strategii predeterminate cu statisfacerea criteriilor de performață, impuse întregului sistem de conducere.

În comparație cu alte procese industriale, procesele de epurare a apelor uzate au câteva elemente distince atât în ceea ce privește caracteristicile procesului, cât și obiectivele operaționale. Acestea necesită considerații specifice în proiectarea sistemului de control.

Un sistem de monitorizare și control tebuie să asigure realizarea următoarelor obiective:

Reducerea costurilor prin menținerea permanentă a resurselor în condiții de operare optime, maximizarea disponibilitățiilor echipamentelor datorită facilităților de mentenanță și diagnositcare, rezolvarea tuturor cerințelor de manevră.

Menținerea calității, un sistem de monitorizare și control răspunde în timp real tututror cerințelor procesului în fazele sale cele mai rapide și sofisticate și reduce timpii de staționare.

Operarea facilă, un astfel de sistem poate fi ușor de înțeles și manevrat, asigurând și asistența operatorilor de proces în internția lor de maximizare a producției.

Protecția mediului, sistemul este fisbil și sigur datorită utilizării componentelor hardware și software, este capabil să depășească sitații excepționale

Protecția investiției pe teren lung, fiind un sistem în arhitectură deschisă, bazat pe standarde internaționale, poate fi dezvoltat pe toată durata ciclului de viață a instalațiilor.

Aceste sisteme reprezintă mijloace economice pentru obținerea performanțelor stațiilor de epurare. Conducerea automată a proceselor din Stația de epurare se face în cadrul unui sistem de restricții formulate astfel încât tehnologia adoptată să conducă la consumuri minime de energie, materii prime, cu obținerea performanțelor maxime în ceea ce privește calitatea apelor deversate în emisar. Măsurarea rapidă a parametrilor este indispensabilă unei utilizări corecte și totale a tehnicii de automatizare. Exploatarea stației de epurare în condiții în care variabila de intrare în timp nu este constantp conduce la un model dinamic.

Automatizarea se prevede la o serie de echipamente din Stația de epurare atât cu scopul de pornire-oprire, cât și pentru optimizarea energetcă a funcționării. Astfel sistemul de automatizare este conceput pe trei nivele ierarhice. Nivelul întâi- cuprnde aparatura convențională de măsură, control și reglare. Nivelul doi- include toate panourile de automatizare locală,precum și calculatoaarele de proces pentru prelucrarea primară a datelor. Nivelul trei – unde calculatoarele de proces concentrează datele referitoare la întreaga exploatare.

În prezent, există patru nivele de control și automatizare:

Nivelul I: ajustări manuale bazate pe recoltări de probe manuale și măsurători.

Nivelul II: ajustări manuale bazate pe măsurători on-line a senzorilor, pentru furnizarea în sistemul SCADA.

Nivelul III: control în buclă închisă simplă implementată în sistemul SCADA, ceea ce implică măsurători on-line

Nivelul IV: control de supervizare avansat prin intensificarea sistemului de ocntrol SCADA standard cu acordarea on-line și raportarea performanțelor. Acesta include controlul predicativ pe baza modelelor de la măsurătorilor on-line, combinat cu analize statice de timp scurt și lung a diferitelor procese și date de operare.

Optimizarea tehnologiilor și a exploatării stațiilor de epurare a apelor uzate se poate analiza din cel puțin patru puncte de vedere: minimizarea costurilor de exploatare a proceselor și instalațiilor: optimizarea energetică a instalațiilor; mnimizarea consumurilor de reactivi și materiale; realizarea performanțelor maxime de purificare a apelor.

Sistemul SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

Sistemele integrate de monitorizare și conducere a proceselor au ca obiectiv principal posibilitatea de a oferi utilizatorului suficiente intormații și facilități de comandă pentru exploatarea procesului în condiții de siguranțâ, securitate și economicitate, posibilitatea de supraveghere, excitare și de a i se confirma executarea comenzilor asupra echipamentelor.

Un sistem SCADA este alcătuit dintr-un subsistm de prelucrare și interfață grafică cu utilizatorul sși subsistm de unități de achiziție de date. Acestea au evoluat de la un sistem centralizat, în care se aflau două sau trei echipamente, către sisteme descentralizate puternic distribuite, în care apar mai multe echipamente de echiziție amplasate în teren. Astfel încât implicând aparitie unui nou element și anume subsistemul de comunicații. Sistemul master-slave ( denumit sistem de „unu la unu”), este cel mai simplu sistem SCADA constând dintr-un singur calculator coordonator, master, prevăzut cu interfețe de dialog și transmisii de date și un calculator de proces, slave, tip RTU (Remote Control Unit), dotat cu interfețe de proces și o interfță de comunicații.

Denumirea uzuală pentru aceste sisteme este „Sistem de supraveghere, comandă și achiziții de date” SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), oferind operatorului posibilitatea de supraveghere, intervenție și confirmare a executării comenzilor asupra unor echipamente specifice. Sistemul deschis este unul dintre conceptele cele mai esențiale pentru sistemele de automatizare și dispecer ce trebuie avutăîn vedere. Aceasta este stabilită de arhitectura sistemului ce trebuie sa fie distribuită și de structura platformelor sistemelor de operare și a protocoalelor de comunicație ce se bazează pe standarde industriale nonpropietar.

Structura unui sistem SCADA

Sistemele SCADA sunt alcătuite din două subsisteme distincte, componente de natură diferită, conectate între ele.

Subistemul hardware sau echipament

Terminale inteligente: instalate in celule ce asigură funcții de protecție, de achiziție, de automatizare;

RTU (Remote Control Unit): „interoghează” toate terminalele aflate în proces, cu rol de concentrator de date, de server de date în timp real, de server de comunicație către sistemul ierarhic superior, acesta coordonând întregul proces și asigurând interfața către o alta consolă grafică pentru operator.

Interfață grafică cu utilizatorul(GUI- Graphical User Interface) transmite informațiile achiziționate către opertor, fiind alcătuit din:

PC, conținând software-ul de aplicații specific procesului

Imprimantă, utilizată pentru tipărire, alarme etc.

Un echipament GPS, important pentru sincronizarea ceasului intern din fiecare dispozitiv cu timpul universal.

Sistem de comunicație, alcătuit din totalitatea echipamentelor fizice existente, cât și din limbajul de comunicații.

Subsistemul software

Software de sistem

Software de aplicție

Componentele software oferă suport pentru urmărire, prelucrare și vizualizare a datelor, putând iniția operații fizice, precum comandarea unor elemente de acționare țși automatizare. Una din componenetele esențiale într-un sistem SCADA sunt sistemele de gestiune a bazelor de date pentru înregistrarea valorilor momentane, care aasigură suportul unor prelucrări de timp real sau pentru analize ulterioare.

Funcțiile realizate de sistemul SCADA

Un sistem SCADA trebuie sa îndelinească o serie de funcții, în continuare fiind prezentate cele mai importante dintre acestea:

Funcții de protecție necesare și securitate necesare echipamentelor primare;

Funcții de achiziție de date. Sistemul va asigura funcțiile tradiționale asigurate de achiziție de date de la terminalele inteligente, de la toate echipamentele de comutație monitorizate, de mărimi analogice furnizate de alte echipamente sau traductoare și sa permită executarea comenzilor primite de la centrul zonal de comandă (dispecer).

Algoritmi de comandă. Sistemul va permite încorporarea unui software de automat programabil ca parte integrantă. Acest lucru va permite realizarea de programe de automatizare secvențiale pentru a realiza unele funcții tipice ca comenzile secvențiale și combinaționale.

Integrarea altor echipamente. Sistemul trebuie sa asigure integrarea altor echipamente de la diversi producatori și va oferi posibilitatea unei usoare integrari a altor echipamente in sistem.

Transferul fișierelor. Permite achizitionarea înregistrarilor grafice (oscilopertubograme) de la terminale, transferul și arhivarea lor.

Conectare virtuală. În scopul asigurării transparente a transferului de fișiere de la / și la terminale. Aceasta funcție permite utilizatorului sa comunice direct cu echipamentul de la sediul central sau dintr-un alt nod al rețelei pentru a modifica parametrii, pentru a culege semnale de date din echipament, pentru a realiza configurări, reprogramari și de a realiza alte funcții ce nu sunt critice.

Reconfigurarea sistemului. Permite echipei de mentenanta sa modifice sistemul de comanda și terminalele care sunt conectate in retea. Fisiere de configurare pe noduri ale retelei se vor crea și memora local impreuna cu codul executabil. Sistemul va permite incarcarea acestor fisiere de configurare de la distanta, fiind prevazut la cerere cu mecanism de descarcare automata a configuratiei pentru un anumit nod la repornirea acestuia.

Generarea unor rapoarte. Ca de exmplu: lista de conexiuni, configurarea perifericelor, date despre proiect și echipamente, sistemul trebuie sa asigure auto diagnoza.

Fară testare periodică și mentenanță. Fiecare echipament din sistem sa aibă funcții de autotestare în timpul functionării, să determine și să anunțe problemele pe masură ce ele apar.

Statistici de comunicație și alarme. Serverul de comunicație din rețea va asigura informații statistice referitoare la comunicații care să contină cel puțin incercari de comunicare, incercari de retransmitere a unor pachete de date și incercari reusite.

Funcția de autopornire. Sistemul va fi capabil de a porni automat odata ce a fost pus in functiune corect. Aceasta presupune restartarea terminalelor sau a intregului sistem dupa caderea tensiunii, initializarea unui restart de catre utilizator, sau orice eveniment care determina un restart fara ca echipamentul sa fie defect hardware, sau comunicatia sa fie intrerupta.

Funșia de oscilopertubograf. Sistemul trebuie sa permita inregistrarea formelor curbelor a oricaror marimi de intrare / iesire selectate prin programare. Pornirea inregistrarii osciloperturbografului trebuie sa fie comandata de demarajul sau declansarea oricarei protectii, schimbarea starii oricarei intrarii sau iesirii digitale și depasirea unui anumit prag de catre intrarile analogice.

Funcții de counicare.

HMI. Echipamentele din sistemul SCADA trebuie sa aiba posibilitatea sa comunice cu un operator prin intermediul unui afisor și a unei claviaturi aflate pe panoul frontal al aparatului. Toate setarile și configuratiile vor putea fi introduse manual de la aceasta tastatura. Displayul va permite citirea oricaror marimi din terminal.

Comunicatie Locala. Echipamentul din sistemul SCADA trebuie sa posede un port de comunicatie pentru cuplarea cu un Laptop in vederea programarii, citirii tuturor marimilor achizitionate și calculate, descarcarii fisierelor de configuratie deja existente in releu sau in vederea descarcarii unui fisier de configuratie.

Comunicatii la distanta. Sistemul trebuie sa asigure comunicatia cu GUI și cu mai multe sisteme ierarhice superioare și cu echipamentele subordinate.

Protocoalele de comunicatie. Sunt acceptate sunt IEC870-5-101 sau DNP3.0 și mai recent IEC61850. Desigur echipamentul poate avea și alte protocoale in afara de cele mentionate. Pe langa functiile tipice SCADA (comanda, monitorizare etc) pe aceste porturi terminalul trebuie sa poata transfera fisiere cum ar fi cele de configurare, cele grafice, cele de evenimente etc (sa accepte protocol TFTP pe LAN Ethernet). Terminalul trebuie sa comunice atat cu masterul de statie cat și independent fata de acesta cu oricare alt terminal din retea (comunicatie „peer to peer”) in vederea realizarii interblocarile locale independent de functionarea sau nu a masterului de statie. De asemenea, terminalul trebuie sa aiba o intrare de sincronizare pentru a realiza sincronizarea cu ceasul univeral.

Funcții de supravechere Echipamentele din sistemul SCADA trebuie sa aiba posibilitatea sa se autosupravegheze și sa se autotesteze in vederea aparitiei unor defectiuni.

Sisteme de comunicații utilizate pentru automatizarea unei stații de epurare a apelor uzate

Stațiile de epurare a apelor uzate sunt sisteme complexe neliniare, având o multitudine de mărmi de intrare și ieșire, măsurate cu ajutorul unor traductoare adecvate. Transmiterea informațiilor culese de senzori și traductore către calculator de realizează prin intermediul unor rețele de comuncații industriale. O rețea industrială locală este o rețea ce folosește arhitectura unui LAN(Local Area Network). Rețelele industriale sunt forme specializate de rețele locale, dedicate splicațiilor din domeniul achizițiilor de date, controlului senzorilor și elementelor de execuțire ale proceselor din mediul industrial.

În mod esențial există două argumente în favoasrea rețelelor industriale locale; comunicția prin intermediul unei magistrale permite un mod de a schimba date care nu pot fi transferate altfel sau pot fi transferate cu mare dificultate și transferul de date urmează un mecanism standardizat. Așadar, rețelele industriale locale sunt sisteme complet digitale, seriale cu două căi, care interconectează echipamentele de măsură și control cum ar fi: senzori, elemente de execuție și controlere logive programabile (PLC). Fiind la baza ierarhiei rețelelor de execuție dintr-o întreprindere, acestea servesc ca și rețelele locale(LAN) pentru intrumentele utilizate în controlul proceselor și pentru aplicațiile de automatizare a procucției și au facilități încorporate pentru distribui, de-a lungul rețelei, controlul aplicației.

Rețele de câmp digitale. Aceste pot fi grupate în trei categorii, depinzând de tipul dispozitivului și aplicația pentru care au fost create:

Senzor bus. Magisralele de senzori sunt comune în fabricarea discretă. Acestea sunt folosite cu comutatoare de proximitate, butoane de comandă și alte dispozitive simple, unde costurile trebuie minimizate și unde sunt necesari doar câțiva biți pentru a transimite informațiile. Aceste magistrale de senzori și detectarea tranzacțiilor simple, precum a închide sau deschide ceva, sau pentru a indica starea de funcționalitate sau nefuncționalitate. Aceste magistrale acoperă de obicei scurte sau medii folosind două sau trei fire, care în mod normal nu sunt sigure intrinsec.

Device bus. Magistralele de dispozitive sunt proiectate pentru a satisgace nevoile unor dispozitive mai complexe, de multe ori aplicațiile discrete rapide necesitând comunicații scurte, rapide. De obicei, acest tip de magistrală este folosită la linii de împachetare și controlul motoarelor. Cu o capacitate a mesajelor de la câțiva octeți la peste 200 octeți, depinzând de protocol, magistralele de dispozitive pot suporta mai multă informație decât magistralele de senzori- nu numai semnalele ”on/off”, dar și ajustări periodice și informații analogice suplimentare.

Magistralele de dispozitive au de obicei patru fire și nu sunt intrinsec sigure. Ele pot comunica cu multă rapidifate pe distanțe scurte și sunt încete pe distanțe lungi.

Fieldbus. Al treilea tip de rețea de câmp este cel mai potrivit pentru controlul și diagnosticarea în operațiile de proces. Acesta pentru că, magistralele de câmp furnizează două căi de comunicare de înaltă siguranță, între dispozitive „inteligente” și sistemele în aplicațiile de timp critic. Ele sunt optimizate pentru mesaje care conțin mai multe variabile în virgulă mobilă, toate selectate în același timp, și statutul fiecărei varietate.

Magistralele de câmp pot fi înlocuitoare digitale pentru comunicațiile analogice de 4-20 mA utilizate în operațiile de proces. Deoarece cerințele în aceste operații sunt diferite de cele din fabricarea discretă, magistralele de câmp în mod tipic au o viteză de transmitere mai înceată decât magistralele de senzori. Alte diferențe includ sprijinul pentru singuranța intrnseacă și abilitatea de a rula pe firele intrumentelor de câmp exitente. Multe instalații utilizează multipe rețele de nivele de câmp, cu diferite tipuri de magristrale, pentru a satisface diferite nevoi. Dar, complexitatea ridicată poate crește implementarea și menținerea costurilor, dacă nu se folosește un sistem care lucrează cu diferite categorii de magistrale fără mapare sau gateways. Aceste costuri adiționale pot ffi minimizare, prin limitarea numărului tipurilor de rețele de la fiecare nivel al ierarhiei arhitecturii.

Ethernet industrial

Deoarece este folosit în mod larg la nivelul rețelelor de birou, ethernet-ul este familiar și convenabil. Dar, stația de epurare nu este un birou și cerințele pentru automatizarea proceselor nu este același lucru cu aplicațiile de birou. Chiar și așa, în aplicațiile concrete acesta poate reduce costurile și îmbunătăți performanța.

Interesul pentru folosirea Ethernet-ului ca magistrală de cămp, vine din dorința de a combina o arhitectură de înaltă perofrmanță și costurile scăzute. Pnetru sisteme de fabricție mici, această idee este viabișă dar, atunci căând este vorba de automatizarea proceselor, problema devine mult mai compleză. O magistrală de câmp pentru automatizarea proceselor are cerințe diferite față de o rețea de birou, aceste cerințe incluzând contițiile extreme de mediu, singurnță intrinsecă și compatibilitate cu intrumente și cablajele existente. Costul pentru a asigura aceste cerințe reuce avantajul economic oferit de Ethernet. În afară de acesta, Ethernet-ul nu funcționeaza siguranță intrinsecă, aceeași tensiune și semnal la toate firele sau compati ilitate cu intrumente și cablaje existente.

Ca tehnologie hardware, îndeplinește aproape toate cerințele specifice rețelelor industriale, cu avantajul că oferă o utilitate răspândită și un cost redus la un volum mare de date. Pot exista aplicații cu reințe speciale cum ar fi zone cu risc mare de explozie care necesită dispozitive și cabluri sigure, fire comune pentru alimentare, opto-izolare etc. În aceste cazuri se vor utiliza rețele locale industriale specializate la nivelul dispozitivelor. Având o singură tehnologie de rețea de la nivelul întreprindere la nivel senzorilor, se va simplifica în mod major arhitetura sistemului, proiectarea instalării și întreținerea.