强大的PAC升级废水处理离心机

自1952年最初建造以来，拦截下水道系统一直服务于查塔努加和周围的大都市地区。Moccasin Bend污水处理厂(WWTP)是该系统的一部分，包括液体处理、固体处理、泵站和工厂维护部门。该工厂的平均流量约为5000万加仑/天，峰值处理能力为2.2亿加仑/天。

该设施的两个离心机单元除去由初级澄清、厌氧消化和活性污泥过程产生的稠化污泥中的水。污泥以浓度为2%或更少的固体物质送入离心机。离心机排出脱水的材料，这些材料与石灰和聚合物添加剂结合，以提高其pH值并达到所需的稳定性，同时防止有害细菌的生长。

脱水料和石灰固体浓度在30%左右。这种混合物用于农田，为非粮食作物生产提供营养。从污泥中去除水分使生物固体材料更容易在工厂中处理，运输到农场，并在农田上施用。

由于种种原因，我们需要升级控制系统。较旧的控制系统在1990年代中期安装，由可编程逻辑控制器(PLC)和crt型HMI组成，用于控制两个离心机单元。在过去的五年里，我们已经更换了一次人机界面，目前的设备开始出现早期问题，因此我们面临着一个选择:购买一个新的人机界面，或者为每台离心机构建一个新的控制系统，更新和增强功能。

在评估了plc、pac(可编程自动化控制器)和hmi之后，我们选择、设计并安装了一个基于pac的控制系统。Productivity3000 PAC是一款紧凑的逻辑控制器，结合了基于pc的控制系统和典型PLC的特性和功能。我们还选择了C-more HMI。PAC和HMI都是由控制和自动化组件供应商AutomationDirect提供的。

在基于crt的HMI完全失败之前，我们决定用PAC和HMI替换失败的HMI和旧的PLC。如果它失败了，就没有办法操作这两个离心机。我们选择每台离心机安装一个人机界面和一个PAC，而不是像现有的自动化系统那样安装一个完整的系统来控制两个单元。

这将允许我们把一个单元完全停止服务进行维护，而不影响其他运行中的单元。这也会给我们带来更大的灵活性，因为一台离心机现在可以作为另一台离心机的冗余备份。

离心机控制

我们的操作人员启动离心机，在运行过程中对其进行监控，并通过HMI和PAC来控制生产。PAC系统监测进入离心机的污泥流量以及轴承温度、离心机振动和电机电流。

监测这些参数使我们的操作人员能够判断材料的脱水情况，并观察固体载荷。这种持续的监测是至关重要的，因为固体浓度在一天和一周内都会发生变化。我们的操作人员根据固体浓度对送入离心机的物料进行流速调整，以保持最佳的最终生物固体质量。

控制系统允许操作员改变进料流量，以及用于辅助脱水的补充石灰料的流量。操作员通过HMI触摸面板输入流量百分比。PAC调整变频器(变频驱动器)，以控制泵的速度，根据流量值。

通过轴承保持器插入并与静止轴承套圈接触的RTD测量离心机轴承温度。发射器将RTD输出转换为4- 20ma信号。轴承是压力润滑的，如果温度上升到预设的水平，警报就会响起。如果温度继续升高，则关闭离心机以防止轴承损坏。

我们用磁力流量计来测量进入离心机的污泥流量。HMI显示此流量，PAC汇总流量以提供每班生产指标。操作人员通过HMI触摸屏调节流量，PAC通过变频器控制泵速。

PAC还可以监测振动。工厂的固体操作主管和维护人员审查数据，以确定何时需要维修，大规模清洁或大修离心机。PAC报警功能包括轴承温度，润滑油温度，驱动电机电流，输送系统状态和石灰添加。表1列出了PAC监测和/或控制的所有离心机参数。

我们能够用每个离心机的PAC和HMI取代控制两个离心机的单个系统。包括备件，每个PAC有156个I/O点，128个离散点和28个模拟点。每个PAC有5个16点交流输入卡，3个16点继电器输出卡，2个8通道模拟输入模块和2个6通道输出模块。

设计细节

我们自己设计了新的离心机控制系统。在系统的启动和调试过程中，我们对各个信号和功能进行了验证。我们发现，现有控件的许多特性已经停止工作，需要操作和维护人员寻找解决方案。我们能够在启动期间执行修复和恢复这些功能。

原来的系统有一个自动排序功能，可以在没有操作人员交互的情况下启动离心机，但我们从未充分利用过这个功能。如果没有操作员完全控制设备和过程的每个步骤，我们的操作员就不会感到舒服。现在我们有了改变PAC逻辑的方法，我们可以使自动序列更加灵活和用户友好，这样我们就可以更自信地开始使用它。

用于PAC的生产力套件软件需要一些时间来适应，特别是标签名称的创建。我习惯手动处理程序元素，但软件会为你处理这些。程序员所要做的就是为内存引用提供一个名称。一旦我习惯了这一点，程序开发就会变得快得多。

我们选择这种PAC是因为它的模块化I/O、强大的CPU和灵活性。我们认为PAC的处理能力和灵活性使其成为其他控制器产品的绝佳选择。板载内存和处理器速度是很大的优势，尤其是在这个价格点上。表2总结了我们选择这个特定品牌PAC的理由。

我们在其他应用中使用许多AutomationDirect DL-06 plc。这些plc提供了一个输入和输出模块，结合了处理器和电源。这种配置适用于小型I/ o计数应用程序，但对于大型安装(如离心机)，更具模块化和可扩展的PAC是更好的解决方案。

成本也是一个激励因素。我估计PAC系统的实施比我们的其他两个选择节省了几千美元。一种选择是订购一个替换的人机界面，并让承包商安装原来的应用程序。另一种选择是使用另一种品牌的PLC或PAC来构建新系统。

虽然价格是决定的重要因素，但我们也对未来新控制系统的数据记录功能、VFD集成和电子邮件功能特别感兴趣。虽然我们还没有实现数据记录特性或电子邮件功能，但我们计划在将来实现。VFD集成现在正在使用，这是我们的应用程序非常需要的功能。

我们无法量化的是，我们通过积极主动地安装硬件来单独操作离心机装置，节省了多少时间。如果我们没有这样做，如果人机界面出现故障，我们将在等待更换单元的许多周内无法使用。

由于新的PAC系统而节省的运营和维护成本尚未记录在案。就前期成本而言，我们确实知道PAC硬件、外壳/子面板、HMI、以太网交换机、直流电源、布线和终端块的成本略低于从旧控制系统供应商处更换HMI的成本。

除了PAC的模块化、强大的功能、灵活性和可负担性之外，我们还从其可扩展性中受益匪浅。我们知道，我们可以适应任何可能添加到离心机的附加功能，以符合EPA法规，以改善操作和自动化手动功能。

我们能够快速获得所需的硬件，并且在较短的交付时间内，我们知道我们可以安装任何所需的替换硬件，而无需长时间等待，从而最大限度地减少停机时间。

成长空间

PAC使我们能够快速轻松地升级离心机控制，并使我们能够实施未来的控制项目。我们有意为系统设计了大约30%的备用I/O点，以满足未来的需求。这些功能可能包括跟踪生产效率的数据记录功能，以及使用PAC支持多个PID循环的能力。目前，所有的控制功能都是开环的，需要定期的人工干预，但我们希望自动化这些重复的操作任务。为了实现这一目标，我们正在研究手动控制的子过程，并计划将它们自动化的方法。

例如，目前污泥和聚合物进料速率是手动控制的。在未来的版本中，我们可能会将这些开环控件转换为闭环函数。这些进给量的闭环控制将使我们能够补偿泵的磨损和过程变化。

我们还希望增加石灰加药的闭环控制，这将节省石灰成本，提高产品质量。石灰的剂量目前是在一个本地控制站手动调整的。其他计划包括自动化离心机启动顺序和自动将脱水蛋糕分配到卡车或运输容器中。

升级后的离心机控制系统达到了我们的所有期望，供应商也兑现了承诺。我们计划在未来利用更多的PAC和HMI功能，进一步增加自动化系统升级的价值。

Jeremy Poarch，体育博士，是田纳西州查塔努加的Moccasin Bend污水处理厂的工厂工程师。

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www.automationdirect.com
www.chattanooga.gov公共工程

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