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Opto22 - opto22.zone

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    案例研究:美国垦务局

    avin 2010-03-29 13:32
    背景:
            位于落基山脉腹地的阿肯色河主要源头,科罗拉多州 Leadville 市建立于 1877 年,海拨10,152 英尺,该市是美国最高矿业城市,以金、银、铜等贵金属资源丰富而闻名。追溯至19 世纪 60 年代,当金和银首次在 Leadville 附加发现时,那起初是作为当地的一个采矿基地。在以后的几十年里,其周边地区的山坡深处遍布金属矿产。在那个年代,排出地表水和雨水很不容易,所以在采矿设施下搭建了纵向通道,使水能够流下来汇集到阿肯色河中。  到了 20 世纪 80 年代,大量的水聚集在弃用的矿井中,金属逐渐把水酸化。更严重的是附近的河流也被污染,当有动物经过时,其腿和脚极易被灼伤。经美国环境保护局评估后,Leadville 矿区内和附近的多块区域被判为人类非安全区域,并指定为超级基金(有毒废物堆场污染清除基金)的站点。
                                                      
                    美国垦务局建设堤坝、电厂及隧道,为超过 3100百万的美国居民供应用水
     
    Leadville隧道
            Leadville 矿井排水隧道(LMDT)于 1952 年竣工,由美国矿业局建造用于矿井区指定区域的排水。隧道位于 Leadville市外南/东南部,全长约 120,000 英尺。
                                                       
                                                                           隧道内部
            自 1992 年,开垦局(于 1959 年购得隧道,一直独立负责直至 1996 年被联邦政府解散)便进行隧道排水处理—除去溶解的金属,保证水符合管理法规和标准,能安全地流入阿肯色河道内。
           1996 年以来, Eugene Csuti 主要负责该地水处理厂的自动化和电子设备。他确定、使用、维护一个复杂的过程控制系统用于监测包括水位、条件变化报警和金属筛除如镉、铅、银和锌等。系统同时调节水的 PH值,降低水的浊度,在排放前对其进行净化,甚至比日常饮用水更为清洁。
           为了实现这一目标,Csuti 开始重新审查安装的 Opto 22 mistic™控制平台,包括多重G4LC32控制器(自动化行业的第一代可编程自动化控制器之一)和可升级至更先进的SNAP PAC 系统,它是 Opto 22最新一代的硬件和软件,拥有更快和更强大的控制器,简单易懂,Microsoft®Windows®环境下编程,易于操作的 HMI开发工具。因为 Opto 22 产品可向后兼容,Csuti 能对硬件升级,利用新的特点加入指令,而不用改变运行中的现场布线和 I/O。
           Csuti 与 Opto-Solutions(一家工程和设计公司专业机械自动化,建筑和能源管理及其他应用等)合作,Opto-Solutions协助 Csuti 将整个系统升级至 Opto 22 的旗舰产品 SNAP PAC系统平台。新系统拥有 Opto 22 著名的分布式架构,装有与多个 I/O通讯的独立控制器,用于监测和控制上千个点。Opto 22 的 I/O拥有罕见的独立 I/O处理器,能进行时间关键性、密集处理和重复任务,如高速计数、输入闭锁、积分计算及最出色的 PID回路控制。
                                                                                        
                                                                          LMDT的控制室
    PID 控制
           部分 Leadville 的处理过程包括添加硫酸和其他化学试剂以固化污染物,最终能像淤泥一样被抽出去。使用 PID 回路控制有效调节了硫酸注入过程并保证了水的 PH值在正常范围内,约 7.8~8。 “我们的 Opto 系统连接化学加料器,PID 控制加快或减慢注入速度,保持 PH 值的准确”,Csuti解释道。 
    分布式架构
          值得注意的是,PID回路控制的这个过程不依赖 Opto 22 PAC 控制器来执行,而是通过远程处理器(也被称作智能处理器)实现的。将整个设备中的控制器层的 PID 回路控制的密集运算下放到 I/O机架上的智能处理器,能有效推动控制至 I/O层,同时这种分布式架构为 Csuti 提供了许多优势。Opto—Solutions总裁 Anthony Dern 定时与 Csuti 就使用和支持的问题进行磋商, 他解释道: “有了 Opto 的分布式 SNAP PAC 系统,中央控制器能运行控制程序或‘策略’,并代表远程智能处理器的许多功能—从简单的 I/O读写到更复杂些的功能如高速计数、脉冲、测量及热电偶线性化等。因此,SNAP PAC 系统能降低系统内的故障几率,例如若主机 PAC 以任意形式出现故障,你仍有单独单元可继续进行操作,永久地不停顿地执行系统各自的任务。”
           在 Csuti 的案例中,这意味着,如果中央控制器停转、离线或因为任何原因不运行,所有分布在整个设施中的 SNAP PAC 智能控制器不会受到影响,将继续执行他们的 PID计算和对规定水的计量。
           Opto 分布式架构的另一个优势在于布线,如 Csuti 的水处理操作发生在大规模设备中,一个主控制室与6个远程I/O通讯,面板加2个远程站点通过光纤通讯。这些都是有线连I/O,控制阀门开关、设备开关及仪表监测。在白天的开关过程中,系统操作状态是手动,面板则用于本地控制。而在晚间和节假日,系统切换至自动状态,同时控制室优先。因此,布线实际上需要 2 个不同的地点,同时,对于设备大于 2500 个 I/O 点的集中控制,需建立起并管理众多远距离布线的运行。所有这些都决定了分布式架构才是最佳的选择。
                                              
                           超过 2500 个 Opto 22 SNAP PAC系统 I/O点 24h 监测和控制水处理过程
    并行布线
           这一水处理应用中独特的一面是,升级至 SNAP PAC 系统意味着 Csuti 需要对整个设备进行并行布线,通过安装新的的硬件同时和旧硬件并行与 I/O相连,逐一复制现有架构。尽管这种方法比一般硬件移除替换更费时,在 LMDT 中的操作性质及这些操作对健康、周围居民和环境产生的巨大影响决定了没有其他的选择。 
        “我们厂里的设备全年无休,每天约处理 280万加仑,我们的水处理操作关系着这个社区,” Csuti 说道。“我们处在不能长时间关闭任何设备的状态下,因此在系统升级方面,我们没有很多选择。复制每条线路的确是件棘手的事。在厂的各个位置我们都装有 I/O和应急配件。”
           但是最终的升级将是值得的,因为新的系统的速度将是原来的 100 倍,且具有较好的PID处理能力,并提供高密度的 I / O,能为当局节省很大空间。 整个控制系统是并行配置, Csuti 能从其旧的 mistic 架构切换至他的新 SNAP PAC 架构,微调至他所需要的操作详细和参数上。新系统的功能使得 Csuti 估算并标记出必要的调节。他也可以切换回旧系统并做出相应调节,仍保持设备的可操作性。Csuti 计划继续像这样系统倒转直至系统正常,以后他将彻底卸除旧系统—包括控制器、布线、底板、模块和其他硬件。
    故障报错,报警和可靠性
           监察当局继续监测 Leadville 内及附近的水域。若水中金属量超标,或水质不干净,当局将面临重罚。为了避免处罚,Csuti 设计的控制策略指定若有任意过程不符合设定的操作规定,控制系统将发布指令将排出的水从河道内转移至确认的池塘内直到问题纠正,系统重启。
           类似地,当水厂监测处于自动模式,若发现一个阀门位置错误或模拟量读数超过参数范围,控制策略会对系统尝试重启操作。若系统无法正常重启,整个过程安全有序的关闭。若遇紧急情况如自主拨号激活,拨打如下之一的电话(管理者、操作员、机械专家或电气专家 Csuti),使其可以快速知晓并迅速抵达现场。
           Opto 22 系统还监测发电机组的停电—若有任何事件发生,发送即时通知—不间断电源供应保证控制器和控制策略时刻运行。
         “大规模的编程使得系统能对许多不同的情况和描述做出响应,” Csuti 说道。“我们策略的复杂性—其中接近 80 项—决策的制定需要它们,使得我们的系统构成一个逼真的整体。”
    关于 Opto 22
           Opto 22 研发并制造可靠,灵活,易于使用的软硬件产品用于工业自动化,远程监控及数据采集应用。Opto 22 产品使用商业化标准网络及计算机技术,其简便实用、技术创新、质量保证、可靠耐用已在全世界范围内建立了极高的声誉。我们的产品适用于终端用户、原始设备制造商、IT 从业人员等。公司创建于 1974 年,位于美国加州的 Temecula。Opto 22产品在世界范围内通过分销商,合作伙伴或系统集成商销售。更多信息,请联系 Opto 22  上海代表处 021-58358249 optochina@opto22.com
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