Système d’osmose inverse Ecosoft INOX MO9 8″ avec contrôleur Siemens

L’Ecosoft MO9TISIEM est un système d’osmose inverse industriel haute capacité conçu pour une production fiable d’eau purifiée. Il associe des performances efficaces, un contrôle numérique et une construction durable en acier inoxydable.

Le système peut être intégré à un réseau de niveau supérieur à l’échelle de l’usine pour la surveillance et le contrôle des processus technologiques via SCADA ou BMS.

Le Siemens S7-1200 prend en charge une connectivité réseau robuste grâce à PROFINET intégré, ce qui le rend adapté à l’intégration dans des systèmes SCADA à l’échelle de l’usine et à une surveillance à distance avancée. Sa conception modulaire permet aux opérateurs d’ajouter des modules I/O spécialisés ou des processeurs de communication si nécessaire.

Les systèmes équipés du contrôleur Siemens comprennent également davantage d’instrumentation, comme des sondes de conductivité pour l’eau d’alimentation et le perméat, des manomètres électroniques, des débitmètres électroniques et des capteurs de température électroniques. L’intégration native avec des écrans tactiles HMI haute résolution permet d’afficher les données des membranes en temps réel et offre à l’opérateur un contrôle plus détaillé du processus.

Les deux types de contrôleurs peuvent effectuer les tâches standard d’osmose inverse. Le PLC Siemens est mieux adapté aux projets industriels où l’intégration, la flexibilité et la surveillance avancée sont importantes. Les contrôleurs OC5000 et OC6000 constituent une solution plus compacte et plus économique pour les systèmes standard de traitement de l’eau où l’intégration à un réseau d’usine n’est pas nécessaire.

Les modèles avec contrôleur Siemens comprennent plusieurs instruments supplémentaires. La cellule de conductivité de l’eau d’alimentation, CE-01 sur le schéma de tuyauterie et d’instrumentation, et la cellule de conductivité du perméat, CE-02, mesurent en continu les solides dissous afin de surveiller la qualité de l’eau.

Les performances hydrauliques sont surveillées par deux capteurs de débit électroniques, EFI-01 et EFI-02, situés sur les lignes de perméat et de concentrat. Le système est également équipé de transmetteurs de pression électroniques, EPI-01 à EPI-04, qui surveillent la pression avant et après les filtres sédiments, à l’entrée des tubes de pression membrane et sur la ligne de concentrat.

Un capteur de température électronique, ET-01, est installé sur la ligne de perméat et fournit des données sur la température du perméat.

Les capteurs de pression avant et après le filtre sédiments servent à surveiller la perte de pression. À mesure que le sable, la rouille, le tartre et d’autres particules s’accumulent, la résistance du filtre augmente. La pression d’entrée reste similaire, tandis que la pression de sortie diminue.

Si la perte de pression à travers le filtre sédiments atteint 0,6–0,8 bar, le filtre doit être remplacé. Si la pression après le filtre sédiments descend sous 2 bar, le pressostat basse pression s’active et le système passe en mode défaut.

Si le pressostat basse pression est défectueux ou désactivé, la pompe peut ne pas recevoir assez d’eau. Une pression inférieure à 2 bar peut provoquer une cavitation. L’absence de pression peut entraîner un fonctionnement à sec, ce qui peut endommager les composants internes de la pompe en quelques minutes. Si la pression différentielle chute soudainement à zéro alors que le débit reste élevé, cela peut indiquer un dommage mécanique du filtre. Dans ce cas, le filtre doit être remplacé.

Le capteur de pression situé entre la pompe et le boîtier de membrane est l’instrument principal pour surveiller la pression de service appliquée à la membrane. Ce capteur fonctionne dans une plage de 0–16 bar.

La pression requise peut être réglée sur le variateur de fréquence. Lorsque le capteur détecte la valeur définie, le variateur de fréquence contrôle la vitesse de la pompe afin de maintenir la pression requise.

Le capteur haute pression installé après les boîtiers de membrane se trouve sur la ligne de concentrat. Il surveille la résistance hydraulique à l’intérieur des éléments membranaires et contribue au fonctionnement sûr du processus de filtration.

Le capteur avant la membrane indique la pression appliquée au système. Le capteur après la membrane indique la pression résiduelle de l’eau de rejet avant son passage par la vanne de réglage du concentrat. À partir de ces deux valeurs, le contrôleur Siemens S7-1200 peut afficher la pression différentielle à travers le bloc de membranes.

La pression différentielle est l’un des principaux indicateurs d’entartrage ou de fouling. Si la perte de pression entre l’entrée et la sortie augmente de 10–15 %, cela peut indiquer que les espaceurs d’alimentation à l’intérieur de la membrane se colmatent avec des dépôts minéraux ou de la matière biologique. L’opérateur peut alors décider si un nettoyage chimique est nécessaire.

Il y a deux cellules de conductivité : CE-01 sur la ligne d’eau d’alimentation et CE-02 sur la ligne de perméat, comme indiqué sur le schéma de tuyauterie et d’instrumentation.

La cellule de conductivité de l’eau d’alimentation mesure la conductivité électrique de l’eau entrante et fournit une valeur de référence pour les solides dissous qui entrent dans le système. La cellule de conductivité du perméat mesure la qualité du perméat et aide à confirmer que le processus d’osmose inverse élimine efficacement les sels.

Une augmentation de la conductivité du perméat au niveau de CE-02 peut indiquer un endommagement de la membrane, un entartrage ou la nécessité d’un nettoyage chimique. CE-01 et CE-02 fonctionnent généralement dans une plage similaire de 0–2000 mg/L. Si nécessaire, les capteurs peuvent être remplacés pour répondre aux besoins spécifiques du processus. Par exemple, un capteur avec une plage allant jusqu’à 4000 mg/L peut être installé à l’entrée de l’eau d’alimentation, tandis qu’un capteur plus sensible allant jusqu’à 200 mg/L peut être utilisé à la sortie du perméat.

Il y a deux indicateurs de débit électroniques : EFI-01 sur la ligne de perméat et EFI-02 sur la ligne de concentrat, comme indiqué sur le schéma de tuyauterie et d’instrumentation.

EFI-01 mesure le volume d’eau purifiée produit par les membranes. EFI-02 surveille le volume de concentrat évacué vers l’égout. Ensemble, ces mesures aident l’opérateur à évaluer l’équilibre hydraulique et l’efficacité du système.

Le contrôleur affiche ces données à l’écran. En analysant les mesures de débit, l’opérateur peut détecter les changements de performance du système. Par exemple, une baisse du débit de perméat au niveau de EFI-01 peut indiquer un fouling de la membrane.

Le capteur de niveau analogique 4–20 mA n’est pas inclus dans le package standard. Il peut toutefois être installé dans le réservoir de collecte du perméat comme dispositif de surveillance pour le contrôleur Siemens S7-1200.

Contrairement à un simple interrupteur à flotteur qui fournit uniquement des signaux marche/arrêt, un capteur de niveau analogique donne à l’opérateur des données continues sur le niveau exact d’eau et le volume disponible dans le réservoir.

Le contrôle de fréquence de la pompe haute pression offre plusieurs avantages techniques et opérationnels. Il aide le système à maintenir une pression ou un débit de perméat stable lorsque les conditions de fonctionnement changent, par exemple en cas de variation de la température de l’eau d’alimentation ou de fouling progressif de la membrane.

Dans un système standard, la pompe fonctionne à pleine capacité. Avec un variateur de fréquence, la pompe fonctionne uniquement à la vitesse nécessaire pour répondre à la demande de pression actuelle. Cela peut réduire la consommation d’énergie, diminuer les coûts d’exploitation et limiter les contraintes mécaniques sur les composants du système.

Le client bénéficie également d’un fonctionnement plus silencieux, d’une qualité d’eau plus stable et d’une meilleure durabilité de l’équipement.

Le capteur de température de l’eau sur la ligne de perméat est important, car la perméabilité de la membrane varie avec la température. Lorsque l’eau devient plus froide, une pression plus élevée peut être nécessaire pour maintenir le même débit.

Lorsque l’opérateur compare les données de température avec les mesures de pression et de débit, il devient plus facile de comprendre si une baisse de production est due au refroidissement saisonnier de l’eau ou au colmatage de la membrane. Cela aide l’opérateur à mieux ajuster manuellement la pression de service et les positions des vannes afin de maintenir une production stable.

L’échange de données dans ce système repose principalement sur le protocole PROFINET. Cette norme industrielle permet la communication entre le contrôleur Siemens S7-1200 et le panneau HMI Siemens KTP700 Basic.

Le système est également conçu pour une intégration de haut niveau dans la gestion technique du bâtiment via des systèmes SCADA ou BMS. Cela permet la surveillance et le contrôle à distance sur plusieurs niveaux de fonctionnement.

Les capteurs de pression, de température, de conductivité et de débit transmettent des données en temps réel au contrôleur via des entrées analogiques et numériques. L’interface PROFINET basée sur Ethernet synchronise les paramètres clés, tels que la pression de refoulement de la pompe, les débits et les niveaux de TDS, entre le HMI local et les systèmes de supervision connectés.

L’opérateur peut gérer l’unité depuis un poste de travail à distance. Le système peut être arrêté à distance en cas d’urgence ou redémarré si un défaut logiciel se produit.

Le système SCADA fournit également une visualisation en temps réel des données des capteurs, notamment la pression, la température et la conductivité. Cela permet une surveillance à distance complète sans devoir être physiquement présent près de l’unité. L’accès à distance permet de réagir plus rapidement aux alarmes et réduit le besoin d’interventions sur site pendant le fonctionnement de routine.

Le panneau Siemens SIMATIC HMI KTP700 Basic est une interface tactile centralisée qui affiche les données de fonctionnement et les commandes du système en temps réel.

Sur l’écran principal OPERATE, l’opérateur peut surveiller le mode de fonctionnement actuel, comme service, arrêt, alarme ou veille. Le panneau affiche également les principaux paramètres hydrauliques, notamment les débits de perméat et de concentrat, la température du perméat et les niveaux de TDS pour l’eau d’alimentation et le perméat.

L’écran affiche le profil de pression de l’unité, notamment la pression d’alimentation, la pression après les filtres sédiments, la pression de refoulement de la pompe et la pression après les membranes. Si un capteur de niveau analogique 4–20 mA est connecté, le HMI peut afficher le niveau du réservoir de perméat. Si un interrupteur à flotteur est connecté, le contrôleur peut indiquer si le réservoir est plein. Le contrôleur peut également afficher un niveau bas d’antiscalant.

En plus de la surveillance, le panneau permet à l’opérateur de contrôler les vannes motorisées pour l’eau d’alimentation, le rinçage direct et le rinçage du perméat. Il peut également afficher trois modes d’alarme. Ces éléments sont regroupés dans un seul tableau de bord pour la gestion locale du système et un diagnostic rapide.

Le coût plus élevé de ce système par rapport aux autres modèles est principalement dû à l’utilisation de composants industriels, notamment le contrôleur Siemens S7-1200 et le contrôle de fréquence de la pompe.

Bien que l’investissement initial soit plus élevé, le variateur de fréquence peut réduire les coûts d’exploitation en adaptant la consommation électrique de la pompe à la demande réelle et à la température de l’eau. Cela permet d’éviter une consommation d’énergie inutile.

Le contrôleur Siemens assure une surveillance précise des paramètres techniques, ce qui permet à l’opérateur de maintenir le bon équilibre hydraulique et de réduire les contraintes mécaniques pouvant raccourcir la durée de vie des membranes. Avec le temps, les coûts de service peuvent être réduits, car la surveillance détaillée aide à détecter le fouling à un stade précoce et favorise un nettoyage chimique au bon moment, avant qu’un remplacement des membranes ne devienne nécessaire.