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提升老旧水处理系统的运行效率

来源:控制工程网2020.08.24阅读 926

  升级老旧的供水和污水处理系统,并安装新的实时无线通信,可以有效改善对实物资产和人员的管理。在系统集成商的帮助下,用户成功安装了现代化的监控和数据采集SCADA)软件,而无需拆除和更换现场的所有部件。收益包括消除费时的手动分析,获得显著的效率提升和时间管理收益。
  加拿大Alberta省的Sylvan Lake是一个拥有15,000名居民的小城www.cechina.cn,但是每年却能吸引来自世界各地的150万游客。这个9平方英里的小镇,有7个水站和12个污水泵站,构成其水处理运营的基础设施。小镇的一半位于湖面以下。其结果是污水必须从较低处泵送到较高处。需要对储水罐进行连续监控,以监控化学品注入量,确保供水安全。随着城镇及其旅游业的发展,对这些关键基础设施进行自动化升级、实现通讯网络化的需求日益增加。
  在过去的4年中,位于加拿大西部的系统集成商Contact Automation公司,为该镇现有水基础设施的SCADA和通信系统,提供维护和网络管理服务。该公司对硬件通信和传感器故障进行故障排除,并在线扩展了网络设备,来管理供水和污水处理设施。该公司还意识到老化的市政系统所带来的局限性和日常运营方面的挑战。原有的SCADA系统网络基于串行无线电网络。由于该系统的老旧设备和配置有将近20年的历史,因此缺乏灵活性,无法让用户可靠地与远程站进行通信。
  由于系统的局限性,市政工人不得不驱车到每个野外站点,全天反复监测和报告该系统。管理人员意识到对现有系统的要求根本无法实现,因此必须找到一种新的具有成本效益的解决方案。该解决方案需要集成智能公用系统技术,以确保运营安全、合规,同时适应未来自动化技术的升级和扩展。

图1:将ZumLink IQ与Ignition Edge MQTT集成在一起,安装在Sylvan Lake水处理长的一个现场站上。图片来源:Contact Automation

  老旧系统的挑战
  现有通信系统带来了持续挑战。在过去5年中,通信网络已经变得不可靠。由于硬件故障,容易导致整个系统出现故障。
  由于所有站点的检查报告都必须手动完成,因此不容易搜索或访问历史运营数据。尽管每个站都有报警,但它们的增长和可扩展性受到限制。小镇的官员们明白,他们不能冒险利用远程系统来进行管理。泵的关闭,哪怕只有几分钟,都可能会导致灾难性的后果。
  尽管尽了最大努力来实施维护,但当前系统仍然老态毕现。小镇对关键水基础设施的自动报告、实时监控和集中控制的需求不断增长,这促成了为期两年的努力,通过实现通信基础设施现代化以满足当前的需求www.cechina.cn,并使系统具有一定的可扩展性以满足未来的需求。
  该镇对通过老旧的通信系统来监控和管理重要的公用事业基础设施缺乏信心。越来越多的系统级错误、手动流程和旧技术www.cechina.cn,阻碍了实现全系统自动化的目标。
  Sylvan Lake还希望配置资产管理、企业资源计划(ERP)系统和其它外部资源,并将其作为网络升级的一部分。经过多年的规划终于获得资金批准控制工程网版权所有,从2018年3月开始实施改造该镇水管理通信系统的规划。

图2:从FreeWave的 ZumLink IQ Modbus寄存器中提取数据,以将网络数据集成到Ignition中。

  基于MQTT的工业无线 
  最初,小镇只考虑SCADA软件的升级,但该计划很快演变为完全重建整个系统。在评估了众多技术之后www.cechina.cn,系统集成商推荐将工业无线通信与消息队列遥测传输(MQTT)集成的解决方案。
  在过去20年中,该镇运行的串行SCADA系统,采用轮询/响应机制,每个现场站都由不同人员进行管理和编程,这意味着每个站点的配置都不同。现在的目标是实现系统的标准化。
  基于MQTT的工业无线将有助于解决供水和污水处理系统的警报和报告问题,并在每个现场站之间建立所需的标准化。发布/订阅体系结构可为网络上的任何人提供细粒度数据。平台为远程资产配置分析和智能应用程序提供可靠支持,并提供长距离安全无线数据传输和应用程序部署。
  在边缘添加MQTT使现场站变得更智能,并使系统占用的空间和带宽需求减小。通常情况下,购买和维护系统的成本会随着硬件部署的增加而上升。
  该解决方案可以提供迁移和升级每个站点的功能,通过更换无线硬件,可以在边缘实现物联网(IoT),而无需在现场部署其它硬件。为监控供水管线压力,唯一需要的是配置带有无线电的传感器。通过使边缘更智能化,可以简化现场系统,提高通信和数据的准确性,并可以降低基础架构成本。

图3:Java和IE自动控制内存使用情况。该边缘计算信息也可以引入Ignition SCADA系统。

  运行效率的提升
  迄今为止,已经对该系统所有7个淡水泵站以及1个远程监控站进行了升级,并在镇南端的主要水库中建立了一个新的集中控制中心。
  得益于网络升级,Sylvan Lake从仅具有一个远程监控站,转变为同时从多个位置、通过移动设备实时管理网络。主要维护办公室位于市中心,仍然是其核心业务的核心。在该中心,员工们可以轻松地在多个屏幕上查看系统。
  旧系统需要对每个站点进行轮询/响应请求后,才能报告系统数据。这可能需要5分钟,如果发生通信问题则需要更长的时间。这种延迟限制了查看实时数据和有效远程监视整个系统的能力。在报警发出之前,峰值数据可能会显示问题,运行人员可能会错过这些信息。旧系统将它们限制为对报警做出响应,而不是采用更主动的维护方法。
  所有现场站均通过MQTT独立运行。即使一个站点出了问题,系统的其余部分也不会同时离线。现在,可以在几秒钟内获得系统范围的更新和报警数据。结构化查询语言(SQL)历史数据库的开发,允许进行简单的数据报告和分析。合规报告也已进行了转换,消除了耗时的手动分析,并获得了显著的效率和时间管理收益。
  升级后的Sylvan Lake 水务管理系统及其所生成的数据更加可靠。使用该系统的人员可以与团队进行集中通信,减少故障点,并且无需每天对每个站点的基础设施多次检查和监视。现场无线通信的可靠性接近100%。升级工作仍在持续进行,以使该镇的12个污水处理厂联网,并具有按需扩展的能力。(作者:Crayton White)
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