自动化改造助力节能增效

作者:Oliver Vogel 文章来源:Rockwell自动化公司 发布时间:2015-04-29

软、硬件结合的过程自动化系统减少了自来水公司的能源消耗——在大型给水供水企业中,一旦失去了对能源的掌控就会为此付出巨大的代价,在提供各处能源消耗的详细数据方面,自动化技术解决方案将带来很大的帮助。

Acquedotto Pugliese (AQP)公司正着手实施欧洲最大的水利基础实施项目,该项目覆盖了330个居民区共计400万居民,拥有长达21000km的自来水供应网络,这家公共事业企业在意大利南部Bari市的总部控制着复杂的城市自来水供水系统。Laterza市Sinni河畔的水处理厂是这一水网的组成部分,自来水处理能力为4m3/s,平均流量为4000L/s。由于水泵工作主要是连续工作,自来水生产设备的能源消耗也相当高,因此这一自来水生产供应基础设施的特点就是:为水网供水的水泵消耗的电力能源占总费用的大部分。Parco del Marchese市自来水厂每月开支为180万欧元,仅Sinni河畔的水厂水泵费用就高达每月90万欧元。

“我们面临的最大挑战是:在能源利用效率已经很高的水处理设备上进一步节约能源,因此有必要通过出色的能源消耗和功率监控进一步挖掘常规生产运行中的节能潜力。”AQP公司负责人Gianluigi Fiori先生说。截至2010年,自来水厂使用的监控系统不能同时完成本地的和分散式配置设备的能源监控,能源管理人员一台台地检测设备能源消耗也不现实。留给能源监控系统技术改造的时间非常紧张,因为能源消耗的监控不仅仅涉及到水价的制定,而且也涉及到水位和流量检测,以便能够控制一段时间中的成本费用及设备载荷趋势。“过去,我们使用的是数据记录仪,但我们没有自己的专用系统把数据记录仪中的检测数据直接抄送到监控与数据采集(SCADA)系统中去,进行能源消耗分析,以整合来自整个自来水生产、供应系统的信息数据。”Fiori先生说。

集中监控和参数控制

在Intesis公司的帮助下,Rockwell自动化技术公司按照Sinni自来水厂的要求对其过程自动化系统PlantPAx进行了优化改进。这一软件平台提供了自动化和控制解决方案所需的设备:2台高要求冗余配置的PAC可编程自动化控制器,具有热备份功能,作为主控制器用;13台沿自来水生产设备东—西方向分散式配置紧凑型PAC可编程序自动化控制器,控制自来水生产流程。原水输入后进行凝絮处理,过滤时用280个控制阀对40个石英砂过滤器进行控制,最后是氯化消毒,在泵送到Parco del Marchese市自来水厂之前,消毒后的自来水都储藏起来。这些PAC可编程序自动化控制器负责控制40个石英砂过滤器,包括从石英砂过滤到最后的脱水冲洗,用水和/或者空气清洁的反冲以及收集反冲水。最后,另一个PAC控制器在污泥处理过程中负责污泥消化后滤饼厚度的监控,这样,Sinni自来水厂有2套平行的处理原水凝絮后残留污泥清洗、脱水和存储的方案了。

每一个紧凑型的PAC都配有10英寸的HMI显示屏,用于显示本地监控参数、设定的理论值和工作范围内接收到的信号,如流入、流出的水量,水的压力,水泵的工作运行状况和控制阀的控制状态等。另外,它还负责对水池、储水罐中的水位进行检测,计算原水净化过程中所需添加剂的量,例如氯化消毒时需要多少ppm的二氧化氯及聚合氯化铝,凝絮时需要多少活性二氧化硅。

另外,它也显示自来水的质量特性,包括氧气、COD、温度、导电率、浊度、酸碱度pH值和氯含量。AQP公司使用的PlantPAx软件平台还按照客户机/服务器结构体系的Factory Talk View安装了2台冗余配置的、具有热备份功能的服务器。其中的1台服务器中安装了Factory Talk Vantage Point软件,承担着自来水生产设备的集中监控和控制,另一台中安装的Factory Talk Historian可把自来水生产过程中的历史数据保存5000d。

KPI关键绩效指标的测定

为了能对自来水厂的能源消耗进行监控,在整个厂区不同用电处安装了19台电力检测仪表,提供能源分析所需的量化数据。另有一套专门用于定量分析的电力检测仪表,包括谐波分析仪、示波器和电力补偿器等。这些电力检测仪表都直接与大型PAC可编程序自动化控制器通信,利用能源管理软件Factory Talk Energy Metrix进行管理。软件系统对电力检测仪表发送来的所有电气数据进行汇总分析。这一硬、软件相互结合的平台方案利用光纤把15个工业管理以太网网关连成了一个环形网络,所有的逻辑控制、检测和监控方案都由Factory Talk View Studio SE和RS Logix5000两套开发程序进行编制。

利用这一新的系统和实时能源检测数据,AQP公司能对自来水生产的设备性能和KPI关键绩效指标进行评判,从而对能源消耗和成本进行更好的控制,同时也能对自来水厂的运营情况进行模拟,从而制定出能源费用的预算和预测年度决算情况,Sinni水厂每年可以节约10%~20%的能源费用。

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