案例研究: Carlsbad市政水處理" title="水處理">水處理
SCADA系統(tǒng)用于水輸送、分配及處理
加州海濱城市Carlsbad位于圣地亞哥北面,以美麗的海灘、高消費(fèi)的家庭及特有的購物中心而聞名。技術(shù)專家Tom Pagakis監(jiān)督SCADA系統(tǒng),用于監(jiān)測、控制城市所有水和回收水。系統(tǒng)的關(guān)鍵組件是由OPTO 22生產(chǎn)制造的SNAP系列控制器。
“我們開始試驗(yàn)性地使用OPTO產(chǎn)品,”Pagakis解釋道。“在這之前,我們使用過時(shí)的技術(shù)如遙感及后來的混合I/O模塊和來自Grayhill等廠商系統(tǒng),必須安裝特殊的驅(qū)動(dòng)以保證所有通訊正常,這樣系統(tǒng)不僅變得非常復(fù)雜且操作性變差。”
SNAP系統(tǒng)—通過無線電、串口及以太連接相互通訊并反饋給控制中心,應(yīng)用于整個(gè)城市水務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集。Pagakis管理所有水輸配、監(jiān)測一個(gè)獨(dú)立的水處理廠并控制氨及氯氣的化學(xué)品用量??傊?,系統(tǒng)包含了超過1000個(gè)I/O點(diǎn),分布在城市的指揮和控制中心及眾多遠(yuǎn)程現(xiàn)場。
水從圣地亞哥水務(wù)局購買,通過管道運(yùn)輸至Carlsbad,再配送到工廠、居民家中。飲用水的配送幾乎無需泵送,水由重力從一個(gè)巨大的水箱(約9百萬加侖)中流出,該水箱坐落在高于海拔700英尺處。
SCADA系統(tǒng)經(jīng)配置能控制各類設(shè)備和監(jiān)測水處理的整個(gè)過程。尤其是模擬量和數(shù)字量輸入、輸出模塊的連接到:
l 液位" title="液位">液位傳感器用于追蹤水庫及水箱液位
l 管道中壓力傳感器用于測量每平方英寸上的壓力,并保證水的有效輸送
l 流量計(jì)記錄每分鐘配送量
l 不同程度開啟或閉合持壓閥、泄壓閥等閥門來調(diào)節(jié)水的流量
“現(xiàn)在,SCADA系統(tǒng)涵蓋了3個(gè)大保留水庫、14座水庫及20座用于監(jiān)測長度超過500英里配送管線的減壓站。”Pagakis說道。
值得注意的是,所有這些監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能不是由一個(gè)(甚至多個(gè))中心控制器完成的,而是由3個(gè)分布在各泵站及設(shè)施內(nèi)各點(diǎn)的本地I/O處理器(或叫做“智能處理器”)來執(zhí)行。這些處理器和安裝在同一機(jī)架上的I/O通訊,功能類似高端PLC。比如,智能處理器從模擬輸入模塊" title="模擬輸入模塊">模擬輸入模塊中讀取閥門信息并通過比例運(yùn)算將電壓轉(zhuǎn)化為百分比。(一般對一個(gè)4~20mA的模擬輸入模塊,12伏特相對應(yīng)的讀數(shù)是50%)比例運(yùn)算和工程單位轉(zhuǎn)換都在I/O層實(shí)現(xiàn),這樣既緩解了主控制器" title="主控制器">主控制器的處理壓力,也方便Pagakis和同事們?yōu)g覽和理解測量單位(比如,百分比反比于電壓)。
為了防止發(fā)生主控制器操作中斷,這里的分布式智能也提供了一定的安全保障。智能處理器能接受指令繼續(xù)記錄、執(zhí)行運(yùn)算等,操作者仍可以通過控制中心的HMI瀏覽數(shù)據(jù)。
Wonderware HMI
Pagakis的HMI采用Wonderware InTouch系統(tǒng),它靈活地集成了OPTO 22的硬件并使得Pagakis及其他控制中心人員可以查看相關(guān)的壓力、流速、液位、設(shè)備狀態(tài)等操作變化和情況。Pagakis也使用Wonderware系統(tǒng)來生成塊狀圖、折線圖(說明液位、泵狀態(tài)及閥門位置)和歷史趨勢等。例如,對每一個(gè)儲(chǔ)槽生成一個(gè)24小時(shí)的趨勢圖,列出每天、每周、每月泵水體積。
基于一系列的I/O點(diǎn),HMI配置了報(bào)警功能,并劃分成“正常”或“安全”等操作狀態(tài),若I/O讀數(shù)偏離了參數(shù)范圍,控制中心會(huì)接收到一個(gè)可視警報(bào)。報(bào)警裝置同時(shí)被集成在一個(gè)呼叫系統(tǒng)內(nèi),待命的操作員一收到手機(jī)信息,就可以適時(shí)處理。比如,控制中心監(jiān)測下游和上游的水務(wù)配送,接收強(qiáng)制變化引起的報(bào)警,如消防栓的使用或損壞—這是件常事,例如最近圣地亞哥就發(fā)生的大面積火災(zāi)。
基于OPTO 22的SCADA系統(tǒng)也能在閥門故障或變頻驅(qū)動(dòng)失效時(shí)生成一個(gè)報(bào)警。“我們使用變頻器在大負(fù)載下來驅(qū)動(dòng)泵電機(jī),易遭受突高電壓和非正常波形。”Pagakis說道,“我們將變頻器與模擬輸入連接起來,這樣就可以持續(xù)觀察其頻率和電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù),只要一出現(xiàn)問題,我們馬上可以知道。
Pagakis解釋道,如此嚴(yán)格的監(jiān)控和報(bào)警源于城市協(xié)商合同中限定了獲取的水量、獲取時(shí)間、泵水的速度等。市政對每天回收水的季節(jié)性量有明確的規(guī)定。于是,當(dāng)規(guī)定量一到,OPTO 22控制程序立刻要求關(guān)閉泵。此外,由于本地電力公司(San Diego Gas & Electric)的強(qiáng)制頻率,泵水的最佳時(shí)間在深夜,故盡管系統(tǒng)被設(shè)定為監(jiān)控水位,低于一定液位后自動(dòng)開泵,我們還是寫入了一個(gè)延遲指令以保證泵水時(shí)間在晚10:15以后至凌晨5:50。
廢水回收
廢水回收是將家庭及工業(yè)廢水引入廢水處理廠,經(jīng)生物和化學(xué)處理再利用。
“附近6個(gè)城市的所有污水都進(jìn)入一個(gè)獨(dú)立操作的處理廠,我們從控制中心來監(jiān)控它。”Pagakis說道。使用SCADA系統(tǒng),Pagakis能監(jiān)測處理廠的操作—尤其是升降臺(tái)中的濕井液位。通過液位傳感器,系統(tǒng)也監(jiān)控回收水儲(chǔ)槽液位并追蹤凈化后水的輸出量及可用量??刂瞥绦蛟O(shè)定為當(dāng)水量減少至一定程度,SCADA系統(tǒng)控制器發(fā)送模擬及數(shù)字輸出信號,不同程度地開啟閥門并啟動(dòng)泵從而將回收水和其他水引入,再分配。
Pagakis說道,系統(tǒng)經(jīng)過仔細(xì)地配置,利用泵壓混合來自不同源的水,這樣就能將湖里的水、儲(chǔ)槽里的水一并流通,避免水過長時(shí)間停留在一個(gè)地方,無法得到更新。
不斷創(chuàng)新
OPTO 22系統(tǒng)現(xiàn)在能接收來自各式各樣紅外設(shè)備、運(yùn)動(dòng)探測器及裝在門框上的簧片開關(guān)的輸入信號;這些設(shè)備都是用來保證所有升降梯、升壓泵站或其他設(shè)施的正常進(jìn)門。Pagakis計(jì)劃對門禁系統(tǒng)增加視頻監(jiān)控,并對一個(gè)擬建脫鹽流程進(jìn)行深度跟蹤,預(yù)計(jì)每天能額外提供約5000加侖的飲用水。
關(guān)于Opto 22
Opto 22研發(fā)并制造可靠,靈活,易于使用的軟硬件產(chǎn)品用于工業(yè)自動(dòng)化,遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。Opto 22 產(chǎn)品使用商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)技術(shù),其簡便實(shí)用、技術(shù)創(chuàng)新、質(zhì)量保證、可靠耐用已在全世界范圍內(nèi)建立了極高的聲譽(yù)。我們的產(chǎn)品適用于終端用戶、原始設(shè)備制造商、IT從業(yè)人員等。公司創(chuàng)建于1974年,位于美國加州的Temecula。Opto 22產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)通過分銷商,合作伙伴或系統(tǒng)集成商銷售。