经济实惠的改造避免了昂贵的更换

收割机-蒙罗维亚供水和下水道管理局(HMWSA)成立于1965年8月，负责运营和维护麦迪逊县收割机-蒙罗维亚地区的供水系统，该地区位于阿拉巴马州亨茨维尔附近。在早期，该公司仅为700名客户提供服务，但随着该地区的发展，该公司现在通过15,000个水表为42,000名居民提供服务。

在不到50年的时间里，该系统从只有两口井的115万加仑/天的产能发展到今天的1200万加仑/天的产能需求。为了满足这一增长，HMWSA已经发展到包括两个最先进的水处理厂，由41名员工管理。虽然这代表了从最初的两名员工的指数级增长，但对于覆盖主要工厂和许多远程站点来说，这仍然是一个相对较小的数字(参见图1)。

2011年7月，HMWSA获得了阿拉巴马州水污染控制协会的多项奖项:

• 最佳运营工厂奖授予日生产能力200万加仑的膜包装水处理厂和日生产能力1000万加仑的水处理厂
• 三个污水处理厂的卓越运作
• 阿拉巴马州最佳运营分配系统在5001 - 15000水表类别。

扩展系统

2002年，当局的董事会决定，是时候让HMWSA开始为Harvest-Monrovia服务区的其他地点提供下水道服务了。因此，它建造了两个新的污水处理厂来处理扩建。这大大增加了废水处理能力，以前由两个小型处理厂组成。

这四个污水处理厂的总处理量为85万加仑/天。管理局还在20个分区管理滤砂式处理厂。总的来说，供水和污水处理系统现在包括44个远程站点，有足够的带宽为这个快速增长的地区增加更多的站点。

升降机站和砂过滤器分布在很大的区域，必须密切监控，以避免系统中断或泄漏，但HMWSA只有两到三人的小型维护人员。

这些不断变化的需求产生了对SCADA(监控和数据采集)系统的需求，该系统可以经济地监督电梯站和其他远程站点，因此可以在问题升级之前通知维护人员。

为了改善其废水系统中远程站点的监测和控制，HMWSA从一家主要自动化供应商处购买并实施了SCADA系统。不幸的是，SCADA系统不能按照要求与现有的远程终端单元(rtu)一起工作，尽管rtu以前是从同一供应商处购买的。

经过几年的时间和大量的费用，HMWSA只能使三个站点上线，并且rtu提供给SCADA系统的数据不能满足公用事业的需求。它并不想取代新的SCADA系统，但它需要找到另一种解决方案来改善操作，同时最大限度地降低成本。

在这一点上，HMWSA找到了我们公司RTUdirect，基于我们的一揽子服务和产品，以及我们在水和污水处理设施中的庞大安装基础。我们研究了现有系统，然后建议在现有SCADA和网络系统的基础上进行改造。

现有制度问题

HMWSA安装的SCADA系统使用顶篷式以太网无线电来创建广域网。这种类型的通信系统通常用于向难以进入的社区和农村地区提供无线以太网连接和互联网服务。问题是，现有的rtu通过基于轮询的异常报告格式与中央SCADA系统通信。基于轮询的系统不需要大量的带宽，但它们也不能提供SCADA系统所需的实时数据，以提供准确和及时的数据。

使用这些基于轮询的rtu，中央SCADA系统每30分钟轮询每个远程站点一次。如果远程站点发生警报或事件，例如泵启动，RTU将向中央SCADA系统更新异常报告，但该过程缺乏公用设施所需的实时数据报告的即时性。

由于这些和其他限制，两年后，SCADA系统只有8个rtu连接，基本上没有实时监测或报警能力。

寻找低成本的解决方案

我们公司通过一个试点项目展示了一个解决方案。在这个项目中，我们使用PLC和与以太网模块相关联的I/O创建了一个RTU。然后将以太网模块连接到现有网络，提供高速可靠的无线以太网SCADA/RTU通信系统。

该解决方案提供了一种低成本的方法，用于从远程站点获取数据，从中央SCADA系统发送和接收数据，以及控制远程站点的组件和设备，所有这些都是根据公用事业公司的要求近乎实时的。

在成功的试点项目演示之后，HMWSA决定更换现有的rtu以及来自不同制造商的各种现有控制面板，这些控制面板需要从各个远程站点集成到SCADA系统中。各种各样的面板被替换为相同的设计。

虽然新面板占地面积小，但在某些情况下，我们无法将其安装到旧面板安装在偏远地点的现有空间中。在这些情况下，我们将PLC安装在现有面板旁边的小玻璃纤维柜中，并将新的PLC连接到现有的控制器和组件。然后可以将数据以统一格式传送到SCADA系统。

在改造期间，HMWSA获得批准，可以添加新的远程站点，每个站点都提供新设计的RTU，保持与RTU改造的一致性(见图2)。

为了覆盖供水和污水处理系统的整个地理区域，我们改进了天篷以太网系统，在关键位置安装了几个带有无线电的塔，以补充已经安装在水箱上的无线电。然后，我们重新配置通信路径，以提高网络性能，并使添加新站点更容易。

HMWSA目前有44个在线站点，并有能力增加更多站点。无线雨棚以太网网络的速度可以实时显示系统中的状况，包括电机放大器读数、水压、溶氧水平和其他变量(表1)。此外，SCADA系统可用于向远程站点发出命令，根据需要控制设备以处理问题并优化操作。

利用实时数据改进操作

经过改造和升级，以前不匹配的系统变得标准化，能够提供重要的实时数据，用于监视和控制，如启动次数、运行时间和其他重要的操作信息(参见图3)。

当前的SCADA系统是系统管理人员诊断和调整流程以达到最佳性能的宝贵资产。实时显示系统维护和维修所需的基本信息。如果电梯站的液位很高，SCADA系统会立即接收到这些信息，使操作人员能够在泄漏发生之前采取措施纠正问题。

此外，SCADA系统不仅可以提醒操作人员现有和即将发生的问题，还可以让合格的工作人员在问题发生之前发现问题并进行主动维护。该系统的趋势分析功能使作业者能够轻松地看到可以提高效率的地方，并改善整体作业。

对数据和运行状况的深入分析也有助于HMWSA为新设备采购做出更好的预算决策，避免了购买和储存某些新设备项目的需要。

保持低成本

由于HMWSA已经在SCADA系统上花费了相当大的一笔钱，资金有限，无法进行必要的升级和改进。通过广泛使用简单和廉价的组件，并采取其他措施来提供低成本的解决方案，我们能够保持在适度的预算内，同时仍然满足性能和安全要求。

通过升级顶篷以太网系统以提供系统的通信骨干，并用具有改进通信能力的新rtu替换基于轮询的rtu, HMWSA现在甚至可以实时监控模拟值，而无需花费大量资金更换现有的SCADA和通信基础设施。

此外，通过提供实时时钟、高速可靠的以太网连接以及可用于改进计划的趋势信息，改造和新的自动化系统显着改善了系统。最重要的是，改造和新的自动化系统有助于HMWSA为客户提供更好的服务。

韦斯利·贝尼菲尔德是RTUdirect的总裁。

关键概念:

• 控制系统的更新可能并不总是与现有基础设施兼容。
• rtu可以使用现成的组件在内部构建。

在线

www.hmwater.org

www.automationdirect.com

www.rtudirect.com

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。