行业 第44期- 2020 笔记本问题 水/废水

自来水公司成功地标准化自动化实践

该实用程序为其应用程序标准化并定义了最佳实践,在节省时间和金钱的同时改进了操作。万博官网手机登陆

David Reagan, Helix Water District

工业自动化装置有多种形状和大小。万博官网手机登陆应用程序从独立的机器到大型的过程都不同,操作组织可能只有一个维护人员或整个工程小组。但是一个共同的主题是需要标准化来简化设计工作、简化支持和降低成本。

在一个典型的泵站内。
图1:典型泵站内部。

随着这些控制项目的设计或升级,标准化挑战跨越了许多学科。过程和设备控制方案、设计和工程实践、硬件和软件产品选择、编程和配置方法都扮演着相互关联的角色——因此,标准化工作必须整合所有这些领域和其他领域。

由于每个区域的变量数量较多,所以没有执行这些任务的最佳方法。此外,许多自动化项目的实施和升级要经过几年或几十年,增加了难度。

因为最终用户并不总是能够接触到能够大量优化标准和程序的大型工程部门,他们必须考虑其他选择。本文展示了一个具有中等规模工作人员的水务公司如何认识到支持多个不同年份的操作地点的难度和费用不断增加,然后在内部采取行动实现标准化。只需几个实际步骤,就可以为新项目和翻新项目以及正在进行的运营带来许多好处。

水区控制着它的未来

螺旋水区是一个公共水区在东部圣地亚哥县,加利福尼亚州。Helix的业务包括每天1.06亿加仑的水处理厂,以及25个泵站,为约27万客户提供服务。作为这些操作的典型,泵站在地理上分布在一个广泛的地区
图1).

一名主管和四名技术人员支持现有的监控和数据采集(SCADA)系统。技术人员使用他们的控制系统和电气专业知识来工作在电机,仪器,控制,和网络SCADA系统。

由于一些已安装资产的年限超过40年,Helix工程部门制定了一个10年的资本改善计划,其中包括泵站的重建和更换几个最古老的电机控制中心(MCCs)。这些项目通常通过聘请外部设计和承包实体来执行详细工作来完成。

以往的经验告诉SCADA小组,即使是简单的MCC替换,每个设计顾问也可能选择不同的设备和工作方式,即使它们符合一般规格。这个问题延伸到相关的控制和操作理论。这些站点之间的差异使得SCADA组难以进行维护和故障排除
的系统。

由于这些原因,SCADA集团主动与内部工程部门和外部电气工程公司合作,以确保他们即将进行的项目的标准化。

成功的模板

团队的目标是创建一个MCC设计模板,它可以在所有现有泵站进行改造,并适用于任何新泵站。该模板将包含足够的细节,以确保设计、硬件和软件的高度标准化结果,但有足够的灵活性,以适应现场的变化。

在一个典型的改装PLC面板。
图2:典型改装的PLC面板内部。

现有的现场通常使用MCCs,并在其内部安装自动化组件,以减少现场布线。这个概念对于新安装来说是理想的。然而,对于改造地点,还必须安排新的自动化部件,以便它们能够安装到现有的监控系统中。由于泵站有不同的尺寸,MCC和自动化组件也必须适应不同尺寸的电机,不同的泵数量,有时可选的I/O信号。

经过详细的审查,团队指定了最关键的自动化项目,而不允许替换。这包括核心的AutomationDirect可编程逻辑控制器(plc)、输入/输出(I/O)模块、人机界面(hmi)和相关组件。AutomationDirect是其他更多面向商品的组件的首选供应商,但是
替换是允许的。

由此产生的标准化布局是终端、配电和PLC组件的紧凑安排,这些组件可以适合任何典型的MCC,同时仍然提供大量的工作空间(图2).

一致的组件和设计使Helix技术人员能够立即熟悉任何泵站的自动化,使控制系统的故障排除和维护变得更容易。他们可以在维修办公室和卡车上储存更少的零件,但仍然准备好处理现场的任何问题。

编纂的代码

硬件标准化有助于简化后续项目的物理设计工作,包括新项目和翻新项目。然而,团队也明智地在软件设计上投入了大量精力。指定AutomationDirect PLC和HMI系列只是第一步。这些平台的编程方式对于实现、部署和维护这些项目起着至关重要的作用。

与物理设计相比,软件编程和配置是无形的,如果代码没有按照逻辑排列,没有完整的文档记录,那么除了最初的程序员之外,其他所有人都无法理解它。Helix的第一个任务是定义PLC逻辑,以可靠地处理一般泵站的基本功能需求。

然后,该团队花了很大的力气构建逻辑,使一个典型的程序可以用于不同的泵数量,信号范围,甚至网络技术,只需做一个小的调整。内存位置和I/O地址分配也被标准化,以促进从一个站点到另一个站点的一致性。

人机界面图形开发也得到了同样程度的关注。图形对象的标准化使得配置工作更加高效和一致。反过来,由此产生的屏幕更易于操作人员在每个泵站使用。

将所有的软件设计部分整合在一起后,下一步就是测试以验证整个概念。

大局

对于像Helix这样的水务公司,有一个主要的操作站点和许多分布式远程站点。重要的有线和无线网络基础设施已经就位,将所有这些整合到一个集成的SCADA保护伞下。每一个远程地点必须能够在通信失败时作为一个操作“岛”在本地操作,
但在正常情况下,它们必须这样做
无缝集成。

任何地点的局部控制都很简单。第一个复杂的问题是确保PLC可以进行点对点通信,如果一个泵送PLC需要由另一个PLC处理的下游罐液位信息,就需要进行点对点通信。由于这种通信会影响泵的启动和停止,因此需要最高的可靠性。

自动化体系结构的另一个必要属性是主工厂的集中数据收集器PLC,用于监控系统值,处理启动/停止设定值,记录其他事件,如通信故障,并对故障发出警报。该数据收集器还将支持更先进的系统功能,如识别使用时间段,以减少高峰时段的负载,以降低能源成本。

了解必要的特性后,Helix进行了初步测试。在可用文档、在线视频和AutomationDirect的免费支持的帮助下,他们能够单独证明所有基本的通信、控制和可视化功能。这给了团队信心,可以根据需要将各个部分集成为一个整体。

这种本地控制、对等通信和集中数据收集的多层方法不是一次性部署到现场的。相反,我们提前进行了仔细的台式测试,以确保概念按预期执行(图3).

通过组装多个配置为本地站点的PLC,并将它们与一个数据采集PLC相互联网,团队能够模拟和预测试所有级别的控制功能和通信,使他们满意。HMI的运行也在测试阶段得到了验证。大量的台式测试是确保初始和后续现场安装成功的关键。

证明在部署

Helix的标准化工作,特别是使用AutomationDirect硬件和软件,已经为整个团队在新结构和改造情况下取得了坚实的成功。他们已经有效地开发了一种适用于不同站点的硬件和软件模板,该团队现在已经完成了多个部署。

一个全新的泵站由一个分包商按照该模板建造,三个现有的泵站通过分包商采用相同的方法用新的监控控制器和PLC控制进行了改造。Helix还使用新的PLC控制对现有泵站进行了自我改造。这不仅证明了标准化工作在技术上的适用性,而且还证明了如何从商业角度以多种方式执行该工作。

新的安装已经可靠地工作,没有重大的功能或组件故障,但是团队知道最终将会有某种类型的问题需要进行故障排除。

新设计的另一个好处是有许多远程监控和通知的选项。该团队已经内置了设备,因此可以通过SCADA系统发出本地或系统故障警报。在正常运行过程中,或当出现故障时,团队成员可以远程连接到plc和人机界面,以检查情况,必要时进行故障排除,并启动一系列行动。与需要技术人员实地考察的老式泵站相比,这节省了大量的时间和成本。

标准自动化实践是可实现的

大多数工业自动化终端用户理解合并标准化的好处,但是他们可能关心是否能够基于他们的人员配备、组织和所涉及的自动化过程的类型来实现标准化。螺旋水区主动升级、标准化和改进其自动化系统的努力是一个案例研究,如何从下往上有条不紊地完成任务,从小处入手,并在每一级增加价值。

PLC和HMI试验台
图3:PLC/HMI试验台

在标准化的道路上有许多选择。最终用户可以做他们想做的任何工作,或者可以保留承包商的协助。因为每个最终用户公司都最了解他们的操作和实践,所以建议他们在指定最关键的控制平台、组件和体系结构方面时扮演重要的角色。

另一个关键是预先测试基本的自动化元素,然后在工作台上执行集成测试,以确保功能和所有涉众的支持。然后就可以有把握地进行分阶段部署。即使系统投入使用,仍然有机会学习和改进已定义的标准。

所有最终用户都将受益于纳入标准化,遵循实际和常识性的步骤来定义和实现他们的目标。

数字,所有courtesy of AutomationDirect和Helix Water District

作者简介

Helix Water区团队由许多操作、维护和工程人员组成,每个人都参与了标准化工作,并每天继续操作和支持该系统。SCADA团队由Henry Palechek, Bobby Fortuno, Gary Richardson, David Reagan, Kyle James和Jeremy Boone组成。