Moduły wykonawcze stanowią jeden z istotnych elementów składowych telemetrycznych systemów monitorowania i sterowania procesami. Ich zadaniem jest automatyzacja lokalnych procesów wykonawczych takich, jak automatyczne sterowanie oświetleniem, ogrzewaniem, klimatyzacją lub wentylacją w pomieszczeniach, załączanie i wyłączanie pomp, silników, zaworów, itp.
Tym, co istotnie różni moduły wykonawcze od innych urządzeń automatyki jest ich wyposażenie w wyjścia wysokoprądowe posiadające moc niezbędną do zasilania przekaźników lub triaków sterujących działaniem urządzeń wykonawczych takich, jak pompy, silniki, elektrozawory, klimatyzatory, itp.
Do systemu wejść modułu wykonawczego mogą docierać zarówno dane pochodzące bezpośrednio z czujników, koncentratorów lub kontrolerów, takich jak sterowniki swobodnie programowalne PLC, zarządzających procesami i koncentratorów danych lub modułów we/wy przetwarzających dane przychodzące z wielu źródeł. W zależności od tego jak zaprogramowano moduł wykonawczy, na jego wejściach mogą pojawiać się sygnały cyfrowe lub analogowe. Pojawienie się na konkretnym wejściu konkretnego sygnału powoduje pojawienie się sygnału sterującego na odpowiadającym temu zdarzeniu wyjściu. Moduł wykonawczy może jednocześnie analizować wiele różnych sygnałów wejściowych, a poszczególne wyjścia mogą sterować różnymi urządzeniami.
Moduły wykonawcze znajdują zastosowanie przede wszystkim w różnego rodzaju systemach telemetrycznych monitorujących i sterujących procesami produkcyjnymi i technologicznymi, a ich rola polega na automatyzacji poszczególnych etapów procesów wykonawczych, szczególnie realizowanych lokalnie, z dala od centrum sterowania. Dodatkowo realizują też przesyłanie informacji o realizacji zaplanowanych zdarzeń lub awariach do systemu nadrzędnego.
Do najpopularniejszych zastosowań modułów wykonawczych należy w pełni automatyczna kontrola oświetlenia uwzględniająca detektory ruchu i czujniki zmierzchowe, czy regulacja temperatury i wilgotności powietrza w pomieszczeniach zapewniająca utrzymanie tych parametrów w odpowiednim zakresie w określonych dniach i godzinach, a przy tym np. eliminująca jednoczesną pracę klimatyzatora i grzejników. Moduły sterowania świetnie sprawdzają się w systemach bezpieczeństwa, gdzie z powodzeniem zapewniają kontrolę dostępu do poszczególnych pomieszczeń, w tym autoryzowany dostęp, w systemach przeciwpożarowych, gdzie współpracują z czujnikami dymu, dwutlenku węgla itp. uruchamiając alarm (lokalnie i przez SMS) i odpowiednio zraszacze lub wentylację.
Do przykładów zastosowań modułów wykonawczych w automatyzacji procesów przemysłowych należą m.in. systemy alarmowe sieci ciepłowniczych, w których moduły wykonawcze sterują pompami i elektrozaworami regulując właściwy przepływ ciepła w poszczególnych nitkach sieci ciepłowniczej oraz optymalizując koszty przesyłania. W przypadku awarii takiego systemu moduły zamykają zawory w uszkodzonym fragmencie sieci minimalizują straty ciepła, utratę czynnika grzewczego i szkody środowiskowe.
Integracja modułów wykonawczych w systemach automatyki przyczynia się do zwiększenia efektywności energetycznej, poprawy bezpieczeństwa i komfortu użytkowania, a także optymalizacji procesów produkcyjnych. Dzięki dużej liczbie wejść analogowych i cyfrowych oraz równie dużej liczbie wyjść analogowych, cyfrowych i sterujących zintegrowane moduły sterujące mogą jednocześnie analizować kilka parametrów pomiarowych i obsługiwać kilka różnych urządzeń oraz współpracować z innymi modułami sterującymi przekazując im część zadań związanych z procesami wykonawczymi.
Przy rozbudowanych systemach telemetrycznych wiele nadzorowanych obiektów jest rozproszonych na dużym obszarze. Łatwiej zatem jest przesyłać do modułów wykonawczych dane pomiarowe niż sterować urządzeniami wykonawczymi na duże odległości. Integracja modułów pozwala na eliminację dużej liczby przewodów zasilających urządzenia wykonawcze na rzecz skoncentrowania kilku takich urządzeń w niewielkiej odległości od modułu wykonawczego, które lokalnie wykonują wszystkie niezbędnie zadania i poprzez to zminimalizować liczbę samych modułów wykonawczych w całej instalacji systemu.
Rosnąca inteligencja systemów automatyki, perspektywa wykorzystania sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego do dalszego usprawnienia procesów sprawiają, że przyszłość modułów wykonawczych jest raczej niezagrożona. Zdalny odczyt danych pomiarowych, bezprzewodowa transmisja danych, sterowniki swobodnie programowalne PLC oraz pozostałe moduły automatyki i telemetrii oraz wsparcie informatyczne w postaci systemów SCADA sprawiają, że systemy telemetryczne są coraz powszechniej stosowane i oczekiwania wobec nich ciągle rosną.
Już dziś systemy telemetryczne przeznaczone do sterowania i monitoringu obejmują kilka, a nawet kilkanaście różnych, niezależnych i jednocześnie obsługiwanych procesów. Rozszerza się też asortyment inteligentnych urządzeń pomiarowych i urządzeń wykonawczych.
Dobrym przykładem rozwoju mogą być:
– systemy automatyki budynkowej, w których jeden system telemetryczny steruje oświetleniem zewnętrznym i wewnętrznym opartym na detekcji ruchu i warunkach pogodowych,
– regulacja temperatury poszczególnych pomieszczeń według określonego harmonogramu połączona z detekcją obecności,
– kontrola dostępu do pomieszczeń (lokali) połączona z autoryzowanym dostępem,
– kontrola zużycia wody, gazu, energii elektrycznej połączona z wykrywaniem awarii i ich automatycznym zgłaszaniem do odpowiednich służb,
– monitoring pomieszczeń z wykrywaniem ruchu,
– bezpieczeństwo przeciwpożarowe łączące wykrywanie i zgłaszanie zagrożenia oraz wykonujące pierwsze niezbędne działania zapobiegawcze np. automatyczne otwieranie wszystkich drzwi, uruchamianie zraszaczy, itp., czy odcinanie mediów w nieużywanych pomieszczeniach.
W przyszłości systemy telemetryczne w połączeniu z oprogramowaniem SCADA wspomagane przez sztuczną inteligencję będą potrafiły uczyć się oraz planować z góry optymalne zużycie mediów, rozpoznawać twarze i na ich podstawie dokonywać autoryzacji lub reagować na polecenia głosowe. Wszystko to trudno sobie wyobrazić bez inteligentnych modułów wykonawczych.
© Control 2023. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Projekt i realizacja: www.wertui.pl
