案例研究: Carlsbad市政水處理" title="水處理">水處理

SCADA系統用于水輸送、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、高消費的家庭及特有的購物中心而聞名。技術專家Tom Pagakis監督SCADA系統，用于監測、控制城市所有水和回收水。系統的關鍵組件是由OPTO 22生產制造的SNAP系列控制器。

“我們開始試驗性地使用OPTO產品，”Pagakis解釋道。“在這之前，我們使用過時的技術如遙感及后來的混合I/O模塊和來自Grayhill等廠商系統，必須安裝特殊的驅動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。”

SNAP系統—通過無線電、串口及以太連接相互通訊并反饋給控制中心，應用于整個城市水務系統的監測、控制和數據采集" title="數據采集">數據采集。Pagakis管理所有水輸配、監測一個獨立的水處理廠并控制氨及氯氣的化學品用量。總之，系統包含了超過1000個I/O點，分布在城市的指揮和控制中心及眾多遠程現場。

運輸和配送

水從圣地亞哥水務局購買，通過管道運輸至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系統經配置能控制各類設備和監測水處理的整個過程。尤其是模擬量和數字量輸入、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、泄壓閥等閥門來調節水的流量

“現在，SCADA系統涵蓋了3個大保留水庫、14座水庫及20座用于監測長度超過500英里配送管線的減壓站。”Pagakis說道。

值得注意的是，所有這些監控和數據采集功能不是由一個（甚至多個）中心控制器完成的，而是由3個分布在各泵站及設施內各點的本地I/O處理器（或叫做“智能處理器”）來執行。這些處理器和安裝在同一機架上的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算將電壓轉化為百分比。（一般對一個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層實現，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和同事們瀏覽和理解測量單位（比如，百分比反比于電壓）。

為了防止發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的壓力、流速、液位、設備狀態等操作變化和情況。Pagakis也使用Wonderware系統來生成塊狀圖、折線圖（說明液位、泵狀態及閥門位置）和歷史趨勢等。例如，對每一個儲槽生成一個24小時的趨勢圖，列出每天、每周、每月泵水體積。

基于一系列的I/O點，HMI配置了報警功能，并劃分成“正常”或“安全”等操作狀態，若I/O讀數偏離了參數范圍，控制中心會接收到一個可視警報。報警裝置同時被集成在一個呼叫系統內，待命的操作員一收到手機信息，就可以適時處理。比如，控制中心監測下游和上游的水務配送，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生的大面積火災。

基于OPTO 22的SCADA系統也能在閥門故障或變頻驅動失效時生成一個報警。“我們使用變頻器在大負載下來驅動泵電機，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，這樣就可以持續觀察其頻率和電機的轉數，只要一出現問題，我們馬上可以知道。

Pagakis解釋道，如此嚴格的監控和報警源于城市協商合同中限定了獲取的水量、獲取時間、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開泵，我們還是寫入了一個延遲指令以保證泵水時間在晚10：15以后至凌晨5：50。

廢水回收

廢水回收是將家庭及工業廢水引入廢水處理廠，經生物和化學處理再利用。

“附近6個城市的所有污水都進入一個獨立操作的處理廠，我們從控制中心來監控它。”Pagakis說道。使用SCADA系統，Pagakis能監測處理廠的操作—尤其是升降臺中的濕井液位。通過液位傳感器，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。控制程序設定為當水量減少至一定程度，SCADA系統控制器發送模擬及數字輸出信號，不同程度地開啟閥門并啟動泵從而將回收水和其他水引入，再分配。

Pagakis說道，系統經過仔細地配置，利用泵壓混合來自不同源的水，這樣就能將湖里的水、儲槽里的水一并流通，避免水過長時間停留在一個地方，無法得到更新。

不斷創新

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

關于Opto 22

Opto 22研發并制造可靠，靈活，易于使用的軟硬件產品用于工業自動化，遠程監控及數據采集應用。Opto 22 產品使用商業化標準網絡及計算機技術，其簡便實用、技術創新、質量保證、可靠耐用已在全世界范圍內建立了極高的聲譽。我們的產品適用于終端用戶、原始設備制造商、IT從業人員等。公司創建于1974年，位于美國加州的Temecula。Opto 22產品在世界范圍內通過分銷商，合作伙伴或系統集成商銷售。