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Dans l'industrie du traitement de l'eau, les systèmes d'osmose inverse (OI) sont le composant clé pour produire de l'eau pure. Derrière l'ensemble du système opère un « commandant silencieux » — l'automate programmable industriel (API). Il sert d'unité de contrôle centrale et de « cerveau » du système d'OI, assurant un fonctionnement stable, efficace et sûr tout au long du processus.
I. Fonctions principales de l'API
Le système d'OI comprend plusieurs appareils, notamment des pompes d'eau brute, des systèmes de dosage chimique, des pompes haute pression, des modules à membrane, des conductivimètres et des capteurs de pression, qui nécessitent tous une coordination multipoint pendant le fonctionnement. La tâche principale de l'API est le contrôle centralisé et l'imbrication logique de ces appareils.
Grâce aux ports d'entrée, l'API collecte en permanence divers signaux :
- Signaux de niveau de liquide : surveiller les niveaux d'eau dans les réservoirs d'eau brute et les réservoirs d'eau produite ;
Signaux de pression : évaluer l'état de fonctionnement et les seuils de sécurité de la pompe haute pression ;
Signaux de conductivité : vérifier la conformité de la qualité de l'eau.
Les ports de sortie émettent des commandes de contrôle basées sur des évaluations logiques — telles que le démarrage/arrêt des pompes, l'actionnement des vannes, le dosage chimique, le lavage à contre-courant et le rinçage — permettant un fonctionnement automatisé sans intervention manuelle fréquente.
II. Verrouillage intelligent et protection de la sécurité
Le contrôle par API s'étend au-delà des simples « commandes marche/arrêt » pour englober une prise de décision logique critique et des mécanismes de protection.
Lorsque le système détecte de faibles niveaux d'eau dans le réservoir d'eau brute, des réservoirs de production pleins, une pression d'entrée excessivement basse ou une conductivité de l'eau produite excessive, l'API exécute immédiatement des commandes d'arrêt ou d'alarme pour éviter d'endommager l'équipement ou des anomalies de la qualité de l'eau.
Simultanément, pendant les différentes phases de fonctionnement (démarrage, rinçage, production, arrêt), l'API bascule automatiquement la logique de contrôle pour réaliser une automatisation complète du processus, améliorant considérablement la fiabilité et la cohérence du système.
III. Surveillance à distance et gestion des données
Avec le développement intelligent, les API modernes sont souvent connectés à des ordinateurs hôtes ou à des écrans tactiles (IHM), et peuvent même s'intégrer dans des systèmes de surveillance centraux à l'échelle du bâtiment ou de l'usine (SCADA).
Les opérateurs peuvent visualiser les paramètres en temps réel tels que le débit, la pression et la conductivité via l'IHM, ajuster à distance les points de consigne ou consulter les données opérationnelles historiques.
Cela permet un fonctionnement et une maintenance plus intelligents et visuels des systèmes d'OI.
IV. Étude de cas : Application du système d'eau pure industrielle
Dans le projet de préparation d'eau pure pour l'usine de boissons Heyue, l'équipe de conception a utilisé un API Siemens S7-1200 pour contrôler l'ensemble du système d'OI. Le système comprend le dosage chimique de l'eau brute, des groupes de pompes haute pression, des unités d'OI primaires et secondaires, des réservoirs de stockage d'eau produite et des unités de récupération des concentrés.
L'API communique avec les conductivimètres, les débitmètres et les variateurs de fréquence via le protocole Modbus pour effectuer les fonctions suivantes :
Détermine automatiquement le niveau du réservoir d'eau brute pour déclencher le démarrage/arrêt de la pompe d'eau brute ;
Ajuste la fréquence de lavage à contre-courant en fonction de la conductivité de l'eau produite ;
Télécharge automatiquement les alarmes de défaut (par exemple, surcharge haute pression, protection basse pression, blocage de la membrane) vers l'IHM ;
Prend en charge la surveillance à distance via une connexion Ethernet vers la salle de contrôle centrale, permettant un fonctionnement sans surveillance.
Les résultats de l'application montrent une augmentation de 15 % des économies d'eau, une stabilité opérationnelle considérablement améliorée et une réduction de 50 % de la fréquence des inspections manuelles.
Conclusion :
Dans les systèmes d'osmose inverse (OI), l'API ne sert pas seulement de « contrôleur », mais de « cerveau » et de « gardien » de l'ensemble du système.
Il permet la coordination automatisée des équipements, la protection de la sécurité et la gestion à distance, rendant la production d'eau pure plus efficace, stable et intelligente.
À l'avenir, avec l'intégration de l'IoT et de la fabrication intelligente, les API continueront de jouer un rôle de plus en plus vital dans l'automatisation du traitement de l'eau.
Composants
Siemens S7 - 200 SMART PLC + Écran tactile Fanyi + Module IoT FBox + Variateur ABB
Avantages clés
Fonctionnement sans personnel et entièrement automatique
Surveillance à distance via mobile et ordinateur
Alarmes de défaut avec alertes SMS – Simples et efficaces
Fonctions principales
1. Auto-diagnostic et réduction des coûts
La fonction d'auto-diagnostic intégrée minimise les inspections manuelles sur site, réduisant directement les coûts de main-d'œuvre d'exploitation et de maintenance.
2. Système de contrôle automatisé
Contrôle logique précis : utilise le Siemens S7 - 200 SMART PLC pour un contrôle logique stable et de haute précision, assurant le bon fonctionnement des groupes de pompage dans diverses conditions d'eaux usées.
Régulation de vitesse économe en énergie : le variateur ABB ajuste dynamiquement la vitesse du moteur en fonction des informations en temps réel sur le niveau des eaux usées. Ce « fonctionnement à la demande » améliore l'efficacité tout en réduisant le gaspillage d'énergie inutile.
Gestion intuitive sur site : l'écran tactile Fanyi (IHM) fournit une interface visuelle et conviviale permettant au personnel sur site de surveiller les opérations et d'ajuster les paramètres (par exemple, vitesse, seuils de pression) de manière intuitive.
3. Surveillance à distance et intégration IoT
Transmission de données connectée au cloud : le module IoT FBox permet la synchronisation des données en temps réel vers les plateformes cloud, prenant en charge l'accès à distance via PC/web ou applications mobiles.
Supervision n'importe où, n'importe quand : les opérateurs peuvent vérifier l'état de la pompe (en marche/arrêt), les débits en temps réel, les journaux des défauts historiques, etc., depuis n'importe quel endroit. Une intervention rapide est garantie même hors site.
4. Système d'alarme intelligent
Détection multi-défauts : identifie automatiquement les anomalies telles que les blocages de pompe, les pannes de courant ou les niveaux d'eau élevés.
Alertes SMS instantanées : déclenche des notifications SMS immédiates aux équipes de maintenance lors de la détection d'un défaut, minimisant les temps d'arrêt et prévenant les risques de débordement des eaux usées.
5. Économie d'énergie et faible maintenance
Efficacité du variateur ABB : en optimisant la vitesse de la pompe pour correspondre aux charges réelles d'eaux usées, la consommation d'énergie est réduite de 20 à 30 % par rapport aux systèmes traditionnels à vitesse fixe.
Faible usure : les ajustements de vitesse en douceur réduisent les chocs mécaniques sur les pompes/moteurs, prolongeant la durée de vie des composants et réduisant les coûts de maintenance à long terme.
Projet d'établissement de santé : Hôpital de Shenzhen Nanshan
Armoires de contrôle PLC dans les applications hospitalières : Fonctions et mises en œuvre critiques
Scénarios d'application principaux
A. Systèmes de survie
Contrôle des gaz médicaux
Fonction: Régule les pressions d'oxygène (O2), d'oxyde nitreux (N2O), et des systèmes de vide dans la plage de 0,4 à 0,55 MPa, garantissant que les fluctuations de pression restent inférieures à 1 %.
Rôle du PLC: Surveille les pressions des canalisations à l'aide de signaux d'entrée analogiques (4 - 20 mA). Déclenche des alarmes si les seuils de pression (comme spécifié dans la norme EN ISO 7396 - 1) sont dépassés.
Sécurité: Permet l'arrêt automatique lors des alarmes incendie pour se conformer aux normes NFPA 99.
CVC pour salles d'opération/USI
Contrôle de précision: Maintient la propreté de l'air à la classe ISO 5, avec une température allant de 20 à 24 °C et une humidité relative (HR) comprise entre 40 et 60 %.
Logique PLC: Met en œuvre le contrôle du flux laminaire entraîné par variateur de fréquence (VFD), maintenant la vitesse de l'air à 0,25 - 0,35 m/s. Surveille la pression différentielle (DP) des filtres HEPA.
B. Gestion de l'alimentation
Transfert de charge critique
Mise en œuvre: Démarre automatiquement le groupe électrogène en moins de 10 secondes en cas de panne du réseau, conformément aux exigences de la norme UL 1008.
Logique PLC: Utilise un commutateur de transfert automatique (ATS) à double source avec commutation à transition fermée.
Atténuation des harmoniques
Solution: Les filtres actifs contrôlés par PLC réduisent les harmoniques générés par les équipements IRM et tomodensitométrie à moins de 5 % de distorsion harmonique totale (THD).
C. Automatisation de laboratoire
Postes de sécurité biologique
Contrôle: Maintient une vitesse frontale de 0,5 m/s tout en ajustant dynamiquement la position de la vitre.
Enregistrement des données: Stocke les enregistrements d'opération conformes à la partie 11 du 21 CFR.
Exigences de contrôle spécialisées
Considérations CEM
Blindage
Des enceintes conformes à la norme MIL - STD - 461G sont utilisées dans les zones IRM pour garantir la compatibilité électromagnétique (CEM).
Immunité au bruit
L'isolation optique est utilisée pour les équipements ECG/EEG afin de répondre aux exigences d'immunité au bruit de la norme CEI 60601 - 1 - 2.
Conception de redondance
Architecture
Utilise des CPU doubles en attente active (SIL 3) pour les machines de dialyse afin d'assurer la continuité opérationnelle.
Sécurité intégrée
Intègre des temporisateurs de surveillance avec un temps de basculement inférieur à 100 ms.
Avantages opérationnels
Sécurité des patients
Empêche les erreurs dans le mélange des gaz anesthésiques grâce au contrôle des vannes verrouillées.
Efficacité énergétique
Réalise une réduction de 30 % de la consommation d'énergie CVC grâce à des stratégies de ventilation basées sur l'occupation.
Optimisation de la maintenance
Utilise des algorithmes prédictifs pour détecter l'usure des roulements de pompe via l'analyse par transformée de Fourier rapide (FFT) des vibrations.
Exemples de mise en œuvre
Service
Modèle PLC
Configuration E/S clé
Blocs opératoires
Siemens S7 - 1500
16 AI (PT100), 32 DO (24 VDC)
Pharmacie
Allen - Bradley CompactLogix
Contrôle servo à 8 axes
Stérilisation centrale
Omron NJ501
Robots SCARA connectés à EtherCAT