浅谈密歇根水处理系统案例

　　Waterford市水处理设施Opto22 PAC监测及控制设备是密歇根水处理及污水系统高效运作的有力保证

　　从1996年起，Waterford市的公共建设工程部就选用Opto22的软硬件，应用于当地的水处理厂，污水抽送站和其他公用设施上。对于一个居民超过74000人的密歇根社区，Opto 22为当地62个污水泵站提供了自动监测控制，同时负责15座井和12家水厂在350里范围内的处理配送。

　　“有了Opto 22的硬件，我们能监控近1，900个水处理系统的输送点。”Waterford市市公用工程主管特里。比德曼说道。“我们同时还能监测约1，200个独立警报，并设有预定突发事件及维修保养电子邮件提醒。”

　　现在Waterford市已将Opto 22的mistic系列和SNAP PAC（可编程自动化控制器）系列的产品运用在其90余处水处理和污水泵站设备上。

　　“水处理的一般过程包括锰、铁离子的去除，然后通入氯气消毒，加入磷酸盐进行防腐处理。典型的设备包括一台工业用计算机，通过以太网或串口通信连接实现和远程终端设备（如mistic系列或SNAP PAC系列的控制器）的互通。”以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。

　　Opto 22硬件的一大功能是在必要时启动相应开关来监控储槽液位。当储槽液位达“开启”状态时，控制器启动设备并运行相关机器系统。变频驱动泵亦是如此，驱动泵（magnetic drive pump），一种无泄漏泵。指以磁力偶合器隔离传动，一般为旋转工作泵。磁力偶合器的一半（内磁铁）装于泵轴上，并以非铁磁性材料制成的隔离罩密封在泵体内；另一半（外磁铁）装于电机轴上，在隔离罩外以磁力带动内磁铁旋转驱动泵工作。故无泄漏。即根据流量和压力这两个变量进行调节。

　　“我们的主要任务是基于一个流量点来进行适当的操作调整。当出水压力达到了设备预定的值时，Opto 22控制器中的PID回路控制路将发挥作用，工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。它会对过程变化进行自动调节，直至压力维持在值以内。此项调节持续至整个处理过程 结束或是当压力降至55gpm以下，从而保证了泵的高效运转。

　　Biederman解释道，系统中较旧的管道有时无法抵抗高压供水泵在不同设备上所产生的较高压力。将压控PID调节与高度阀结合使用，即能有效防止过压和水击对配送系统造成的损害。

　　各地前来参观学习Waterford市水处理系统的高度自动化

　　Waterford市每年的重大水管爆裂已由原来的60多次降低至20次。

　　这些改变为Waterford市节约了巨大的资金。自96年以来，该市水处理量增长超过20%，同时能源成本也应该猛涨，但对比同期，水处理、输送能耗总经费仅增长$62，000（从每年$450，000到 $512，000）。单从污水抽送的能耗经费上，我们也可以看到这种经济性，自96年来每年增长仅为$4，000（从$68,000到 $72,000）。

　　Opto 22的PAC系列帮助Biederman使用更为灵活的流程图来设计其控制程序，其员工更易于编程和理解。工程部更是使用了Opto22的软件互联工具，创建了通信和图形界面，及时从设备中获取数据和报警信息。

　　人机界面的开发使得只要通过实时图像轻点鼠标即可对设备进行控制

　　例如，在某些水处理设备中，压力过滤器装载有温度传感仪用来监测储槽水温。若水温降至38度以下，系统就会发送警示邮件。

　　“同样，当储槽温度低至35度时，预设的控制程序会自动侦测储槽出水高度，开启出水开关，从而隔离过冷和破裂的压力过滤器。压力过滤器 或不锈钢制成，因滤器填充介质不同，用途与作用各有区别。一般有石英砂过滤器、活性碳过滤器、锰砂过滤器。根据实际情况可单独使用也可联合使用。多介质过滤器的介质是石英砂，无烟煤等。功能是滤除悬浮物、机械杂质、有机物等，降低水的浑浊度。活性碳过滤器介质为活性碳，目的是吸附、去除水中的色素、有机物、余氯、胶体等。锰砂过滤器的介质为锰砂，主要去除水中的二价铁离子。 过滤器又名除污器、过滤阀，是输送介质的管道系统，云南旅游不可缺少的一种装置，通常安装在减压阀、泄压阀、定水位阀或其它设备的进口端，其作用是过滤介质中的机械杂质，可以对污水中的铁锈、沙粒、液体中少量固体颗粒等进行过滤以保护设备管道上的配件免受磨损和堵塞，以保护阀门及设备的正常使用，当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，清洗后重新装入即可，因此，使用维护极为方便。

　　Opto 22 控制系统同样能处理其他操作问题。在较大型的污水泵站，湿井中的油污和垃圾易堵塞泵，从而导致许多问题。为了解决这个困难，公用建设部的员工和Waterford市的设计了一种湿井回洗法并将其写入控制程序中，用来引流污水进入Vaughn Chopper泵，把其中污物打成泥状。

　　Biederman使用PAC系列的软件实现了早期以一对一为模式的mistic系列控制器程序的转换。这种转换极其迅速（新软件完全适应于早期控制器），且程序无需做很大修改。

　　“Opto22 mistic系列可控程序能够与SNAP PAC控制器完好兼容，这是我们很欣赏的一点。”比Biederman扬道，“这样我们就不必时刻更新我们的硬件以获得收益。”

　　“有了Opto22，你无需担心硬件更新换代的问题，我们会提供给你的技术支持，让一切都变得简单起来。”Opto22技术顾问Tom Edwards做出承诺，“我们不会人为降低硬件寿命从而强迫客户购买我们的新产品，这完全取决于客户本身。SNAP PAC控制器配合PAC的软件可以与任意mistic系列输入输出端口兼容，没有任何问题。”

　　Biederman使用IntellutionR公司的软件为当地公共建设部中心办公室的Opto 22操作系统开发了一个人机界面。与此同时，当地的水处理设备和主要的污水泵站使用Opto 22 FactoryFloor 和PAC Display人机界面软件。

　　“相比价格更为昂贵的Intellution和symbol factory，PAC Display在人机界面方面同样有许多毫不逊色的优点。”Biederman说道。（Opto的软件是完全的，无疑比Intellution的产品更有经济优势）

　　比德曼接着说道，“Opto22的PAC能直接连接输入输出端，就好像我们的大脑控制中枢神经系统。输入输出端口越多，可控性就越强。”

　　公共建设工程部的另一个先进功能体现在无线宽带网络分布和与集成的计算机维护管理系统CMMS、地理信息系统GIS的集成。GIS是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的空间分析即时技术。这是GIS的本质，也是。物质世界中的任何事物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统（ Geographic Information System, 简称 GIS）作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于信息技术的发展，数字时代的来临，理论上来说，GIS可以运用于现阶段任何行业。从技术和应用的角度，GIS是解决空间问题的工具、方法和技术工作人员通过电子地图和当地的污水处理实时图像，轻点鼠标即能获得管道，阀门，抽取站的运行详情，工程文件和其他相关信息。

　　Waterford市公建部已开始推行自动读表，这样可以将用户的水表信息通过无线设备直接传送到当地的无线宽带网

　　自动读表等通讯功能实现了Waterford市信息的无线传送

　　络，信息再由网络直达部门办公室进行处理。这一切足不出户即可轻松完成。

　　Waterford市能建立一个在整个密歇根州甚至全国都较为先进的数据采集系统，这不得不归功于Opto 22监控硬件的出色表现和当地员工的编程。

　　该市公建部的监测能力和高度自动化已赢得了社会广泛关注。每年来自美国、加拿大，超过20余位和外省市人员相继参观了Waterford市，惊讶于他们强大的数据采集系统和技术开展。

　　Biederman总结说：“用技术去解决问题，我们能做得更多，支出更省。技术总是在不断革新，我们要做的是保持良好的商业敏锐度去衡量Opto 22 控制系统、客户管理、以及通讯工具和基础设施，它们各自所能提供给我们到底多少的功能性，沟通性和兼容性。”

　　更多关于 Opto 22

　　产品

　　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。

　　SNAP PAC 系统

　　用于降低构建自动化系统的复杂度，SNAP PAC系统包括4个集成的部分

　　SNAP PAC控制器

　　PAC Project?软件平台

　　SNAP PAC智能处理器

　　SNAP I/O

　　质量

　　创建于1974年，目前在市场上已销售9千万单元的设备，Opto 22高质量的产品建在全世界范围内建立了极高的声誉。Opto 22产品伴随着高品质，每个模块在美国加州当地生产，且在出厂前经过两次严格的完全测试。这种原厂制造且200%测试的模式保证其突出的可靠性，同时Opto 22为极大多数的固态继电器及光隔I/O模块提供终身保用。固态继电器，是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。固态继电器有三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。

　　的产品支持

　　Opto 22产品支持部门提供的，全面的相关技术支持。所有的Opto 22支持工程师多具备10年以上的培训和相关经验，提供电话或email方式的优质技术服务。

　　的客户培训

　　在美国总部及中国区都提供的SNAP PAC动手练习培训教程。

　　购买Opto 22产品

　　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 021-58358247 surgeyu@opto22.com

　　北京奥普图科技有限公司 010-82809682  bjo@opto-tech.com.cn