案例研究: Carlsbad市政水處理
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。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。
