加州海濱城市Carlsbad位于圣地亞哥北面，以美麗的海灘、高消費的家庭及特有的購物中心而聞名。技術(shù)專(zhuān)家Tom Pagakis通過(guò)SCADA系統，監測、控制該城市所有水和回收水。系統的關(guān)鍵組件是OPTO 22生產(chǎn)制造的SNAP系列控制器。

    “我們開(kāi)始試驗性地使用OPTO產(chǎn)品，”P(pán)agakis解釋道?！霸谶@之前，我們使用過(guò)時(shí)的技術(shù)如遙感及后來(lái)的混合I/O模塊和來(lái)自Grayhill等廠(chǎng)商的系統，必須安裝特殊的驅動(dòng)以保證所有通訊正常，這樣系統不僅變得非常復雜且操作性變差?！?BR>
    SNAP系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)電、串口及以太連接相互通訊并反饋給控制中心，應用于整個(gè)城市水務(wù)系統的監測、控制和數據采集。Pagakis管理所有水輸配、監測一個(gè)獨立的水處理廠(chǎng)并控制氨及氯氣的化學(xué)品用量?？傊?，系統包含了超過(guò)1000個(gè)I/O點(diǎn)，分布在城市的指揮和控制中心及眾多遠程現場(chǎng)。

運輸和配送

    水從圣地亞哥水務(wù)局購買(mǎi)，通過(guò)管道運輸至Carlsbad，再配送到工廠(chǎng)、居民家中。飲用水的配送幾乎無(wú)需泵送，水由重力從一個(gè)巨大的水箱（約9百萬(wàn)加侖）中流出，該水箱坐落在高于海拔700英尺處。

    SCADA系統經(jīng)配置能控制各類(lèi)設備和監測水處理的整個(gè)過(guò)程。尤其是模擬量和數字量輸入、輸出模塊連接到：

   · 液位傳感器用于追蹤水庫及水箱液位；

   ·  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；

   ·  流量計記錄每分鐘配送量；

   ·  不同程度開(kāi)啟或閉合持壓閥、泄壓閥等閥門(mén)來(lái)調節水的流量。


   “現在，SCADA系統涵蓋了3個(gè)大保留水庫、14座水庫及20座用于監測長(cháng)度超過(guò)500英里配送管線(xiàn)的減壓站?！盤(pán)agakis說(shuō)道。

    值得注意的是，所有這些監控和數據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)分布在各泵站及設施內各點(diǎn)的本地I/O處理器（或叫做“智能處理器”）來(lái)執行。這些處理器和安裝在同一機架上的I/O通訊，功能類(lèi)似高端PLC。如智能處理器從模擬輸入模塊中讀取閥門(mén)信息并通過(guò)比例運算將電壓轉化為百分比（一般對一個(gè)4~20mA的模擬輸入模塊，12伏特相對應的讀數是50%）。比例運算和工程單位轉換都在I/O層實(shí)現，這樣既緩解了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（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記錄、執行運算等，操作者仍可以通過(guò)控制中心的HMI瀏覽數據。

                    

Wonderware HMI

    Pagakis的HMI采用Wonderware InTouch系統，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、設備狀態(tài)等操作變化和情況。Pagakis也使用Wonderware系統來(lái)生成塊狀圖、折線(xiàn)圖（說(shuō)明液位、泵狀態(tài)及閥門(mén)位置）和歷史趨勢等。例如，對每一個(gè)儲槽生成一個(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配置了報警功能，并劃分成“正?！被颉鞍踩钡炔僮鳡顟B(tài)，若I/O讀數偏離了參數范圍，控制中心會(huì )接收到一個(gè)可視警報。報警裝置同時(shí)被集成在一個(gè)呼叫系統內，待命的操作員一收到手機信息，就可以適時(shí)處理。比如，控制中心監測下游和上游的水務(wù)配送，接收強制變化引起的報警，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。

    基于OPTO 22的SCADA系統也能在閥門(mén)故障或變頻驅動(dòng)失效時(shí)生成一個(gè)報警?！拔覀兪褂米冾l器在大負載下來(lái)驅動(dòng)泵電機，易遭受突高電壓和非正常波形?！盤(pán)agakis說(shuō)道，“我們將變頻器與模擬輸入連接起來(lái)，這樣就可以持續觀(guān)察其頻率和電機的轉數，只要一出現問(wèn)題，我們馬上可以知道?！盤(pán)agakis解釋道，如此嚴格的監控和報警源于城市協(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性量有明確的規定。于是，當規定量一到，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）的強制頻率，泵水的最佳時(shí)間在深夜，故盡管系統被設定為監控水位，低于一定液位后自動(dòng)開(kāi)泵，我們還是寫(xiě)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(chǎng)，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)獨立操作的處理廠(chǎng)，我們從控制中心來(lái)監控它?！盤(pán)agakis說(shuō)道。使用SCADA系統，Pagakis能監測處理廠(chǎng)的操作，尤其是升降臺中的濕井液位。通過(guò)液位傳感器，系統也監控回收水儲槽液位并追蹤凈化后水的輸出量及可用量?？刂瞥绦蛟O定為當水量減少至一定程度，SCADA系統控制器發(fā)送模擬及數字輸出信號，不同程度地開(kāi)啟閥門(mén)并啟動(dòng)泵從而將回收水和其他水引入，再分配。

    Pagakis說(shuō)道，系統經(jīng)過(guò)配置，利用泵壓混合來(lái)自不同源的水，這樣就能將湖里的水、儲槽里的水一并流通，避免水過(guò)長(cháng)時(shí)間停留在一個(gè)地方，無(wú)法得到更新。

             

不斷創(chuàng )新

    OPTO 22系統現在能接收來(lái)自各式各樣紅外設備、運動(dòng)探測器及裝在門(mén)框上的簧片開(kāi)關(guān)的輸入信號；這些設備都是用來(lái)保證所有升降梯、升壓泵站或其他設施的正常進(jìn)門(mén)。Pagakis計劃對門(mén)禁系統增加視頻監控，并對一個(gè)擬建脫鹽流程進(jìn)行深度跟蹤，預計每天能額外提供約5000加侖的飲用水。

                                                        轉自《自動(dòng)化博覽》