Автоматизація системи очистки води підприємства на базі ПЛК Siemens

Abstract

У вступі обґрунтовано актуальність автоматизації процесів очищення промислових стічних вод у контексті зростаючих екологічних вимог, підвищення енергоефективності та необхідності забезпечення стабільної роботи очисних установок. Вказано на потребу в надійних, масштабованих та адаптивних рішеннях для водоочисних систем на підприємствах хімічної та металургійної галузей. У першому розділі представлено огляд сучасних методів очищення промислових стічних вод, включаючи механічну, фізико-хімічну та біологічну очистку. Розглянуто ефективність методів залежно від типу забруднень та обґрунтовано вибір багатоступеневої схеми очищення для конкретного виробничого об'єкта. У другому розділі охарактеризовано апаратну платформу автоматизації – програмований логічний контролер Siemens S7-1200 та супутнє обладнання. Наведено технічні характеристики, переваги використання TIA Portal для створення програмного забезпечення, описано функціональні модулі та методи комунікації через інтерфейси Profinet та Modbus. У третьому розділі виконано розробку алгоритму керування очисною системою, включаючи регулювання рівня, температури, витрати та хімічного дозування. Представлено структурну і функціональну схеми автоматизованої системи, описано використання сенсорів, виконавчих механізмів і сигналізації аварійних станів. Четвертий розділ присвячено моделюванню роботи системи в середовищі Simatic S7 + HMI WinCC. Проведено верифікацію логіки керування на прикладі типових сценаріїв роботи (перевищення рівня, аварійне відключення насоса, зміна режиму фільтрації). Описано взаємодію з операторською панеллю HMI, реалізовано багатомовний інтерфейс. У п’ятому розділі представлено економічне обґрунтування впровадження автоматизованої системи: проаналізовано поточні витрати на очистку, наведено прогноз економії електроенергії, зменшення витрат на реагенти та персонал. Визначено термін окупності проєкту. Шостий розділ висвітлює питання охорони праці, екологічної безпеки та захисту обслуговуючого персоналу. Розглянуто потенційні ризики експлуатації водоочисного обладнання і запропоновано заходи з електробезпеки, автоматичного аварійного зупину і сигналізації. Об’єктом дослідження є система очищення води промислового підприємства. Предметом дослідження – алгоритм і засоби автоматизації очисних процесів на базі ПЛК Siemens. Метою роботи є підвищення ефективності, надійності та екологічної безпеки очисної установки шляхом впровадження автоматизованої системи керування.The introduction substantiates the relevance of automating industrial wastewater treatment processes in the context of growing environmental requirements, increased energy efficiency demands, and the need for reliable, scalable, and adaptive solutions for water treatment systems at chemical and metallurgical enterprises. The first chapter presents a review of modern industrial wastewater treatment methods, including mechanical, physico-chemical, and biological treatment. The effectiveness of each method depending on the type of pollution is discussed. A multistage treatment scheme is justified for the specific production site. The second chapter describes the hardware platform used for automation — the Siemens S7-1200 PLC and related equipment. Technical specifications are provided, as well as the advantages of using TIA Portal for software development. Functional modules and communication methods via Profinet and Modbus interfaces are also explained. The third chapter covers the development of the control algorithm for the filtration system, including level, temperature, flow, and chemical dosing regulation. A structural and functional diagram of the automated system is presented, describing the sensors, actuators, and alarm signaling. The fourth chapter focuses on system simulation in Simatic S7 and HMI WinCC. Control logic verification is carried out through simulation of typical operating scenarios (e.g., overflow, pump fault, filter mode change). Human-Machine Interface (HMI) interaction is described, including the implementation of a multilingual interface. The fifth chapter presents the economic justification for implementing the automation system. Current water treatment costs are analyzed, along with projected savings in energy, reagents, and labor. The payback period of the proposed system is estimated. The sixth chapter addresses occupational safety, environmental protection, and personnel risk mitigation. It outlines potential hazards of operating water treatment systems and proposes safety measures including electrical protection, emergency stop systems, and fault alarms. Object of study: the industrial enterprise's water treatment system. Subject of study: automation algorithms and hardware for water treatment processes using Siemens PLC. Goal of the work: to increase efficiency, reliability, and environmental safety of the filtration unit by implementing an automated control system.