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,、高消費的家庭及特有的購物中心而聞名。技術專家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(tǒng),，必須安裝特殊的驅動以保證所有通訊正常,，這樣系統(tǒng)不僅變得非常復雜且操作性變差。”
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,，應用于整個城市水務系統(tǒng)的監(jiān)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(jiān)測一個獨立的水處理廠并控制氨及氯氣的化學品用量?？傊?，系統(tǒng)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,。
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(tǒng)經配置能控制各類設備和監(jiān)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(jié)水的流量
“現在,，SCADA系統(tǒng)涵蓋了3個大保留水庫,、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(zhí)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?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(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(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(tài),，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(tǒng)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(jiān)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(fā)生的大面積火災,。
基于OPTO 22的SCADA系統(tǒng)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(xù)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(jiān)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，當規(guī)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(tǒng)被設定為監(jiān)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(yè)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(jiān)控它。”Pagakis說道,。使用SCADA系統(tǒng),，Pagakis能監(jiān)測處理廠的操作—尤其是升降臺中的濕井液位。通過液位傳感器,，系統(tǒng)也監(jiān)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(tǒng)控制器發(fā)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(tǒng)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(chuàng)新
OPTO 22系統(tǒng)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(tǒng)增加視頻監(jiān)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(fā)并制造可靠，靈活,，易于使用的軟硬件產品用于工業(yè)自動化，遠程監(jiān)控及數據采集應用,。Opto 22 產品使用商業(yè)化標準網絡及計算機技術,，其簡便實用、技術創(chuàng)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(yè)人員等。公司創(chuàng)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(tǒng)集成商銷售,。