分散式设备保证了透明度--水资源管理中的遥控和自动化技术

作者:Hans-Jürgen Bitterma 文章来源:PROCESS德文版 发布时间:2014-06-23

Psyttalia污水处理公司计划用1.5km的输水管道把污水输送到Psyttalia岩岛的污水处理厂中。气动自动化技术降低了这一工程的安装、调试费用,减少了污水处理厂的生产运行成本。

利用合适的遥控和自动化技术能够降低像焚烧设备、储水设备、污水渠道、泵站和污水净化池等分散式配置系统的工作情况进行集中监控和管理。利用无线通信技术或者以太网技术也可以补充安装这一系统。

幽灵般的远距离作用被爱因斯坦称之为两个光子相互纠缠的结果。这里的远程作用指的是间接的数据传送,也就是水资源管理中的一套技术系统。

为什么远程作用在这里是有帮助的呢?这是因为中小型水厂、污水处理厂常常没有人在水池那里工作。当出现故障和偏差时,运营商会及时地利用SMS传送来的信息,技术人员以最快的速度赶到现场,寻找问题的根源。最快、最有效的办法就是使用远程遥控技术,以便使分散式配置的设备能够收到中央控制室的集中管理:流量、水位、工作状况(也包括用摄像机监控)和接收、分析故障报警信息以及采取纠正措施。这不仅节约人工,而且也可以最快地排除故障。

间接连接外部的生产场地

德国污水处理技术协会AZV的Jagst-Kessach分会在Widdern市污水处理厂的监控和控制中采用了Flowchief公司研发生产的过程控制系统。这一系统的操作只需一个标准的网络服务器就可以了,无需其他辅助软件。通过以太网,这一地区所有获得单独使用权的用户和访问权的人员都可以访问AZV的这一中央控制系统,而且得到的信息和操作都和中央控制室的操作者一样。这一系统控制着50个由泵站、雨水蓄水池、推流器等设备组成的分站,能够通过GPRS的通用无线分组业务或者卫星数字用户线路的方式,以专线通信的质量与中央控制室建立联系。在出现链路故障时,所传送的数据都暂存了起来,在链路重新接通之后自动地按照时间戳发送到数据库中。也就是说,报告中会有应有的数据和信息。

另一个应用实例,是在德国Lügde市有两个水厂为中心市区的一万多户居民和新开发的东港区供水。水厂所用的新鲜水来自两股泉水和10口水井,经124km的自来水管网把自来水送到每家每户。


图1 Psyttalia污水处理公司制定了用1.5km长的污水管道把城市各区收集起来的污水输送到海湾中孤立的小岛上,由孤岛上的污水处理厂进行无害化净化处理的计划。气动控制的自动化技术方案能够降低自动化的投资费用、安装调试费用和设备的使用运行费用

过去,所有的检测数据都由图形记录仪记录在纸上,或者经图形处理设备显示在屏幕上,而检测数据的整理则是非常麻烦和耗费时间的。因此,Lügde市水厂决定投资购置Phoenix Cantact公司研发生产的新型远程遥控系统。自从引进了新系统之后,位于市南区的控制室就能够把所有过程控制有关的数据、信息汇总到控制系统之中。直插式电气安装系统构成的数字式输入输出控制点数量可以非常灵活的扩展,与各种水处理设备数量保持匹配。它的可视化系统带有自己的内置服务器和显示器。这样,就可以随时随地地在各分站进行监控。

水网的远程遥控

事实上,现代化的远程遥控技术也能够控制大型网络,APA Nova Bucaresti公司(Veolia水资源公司下属的一家子公司)就是最好的实际例子:这家企业负责布加勒斯特市饮用水的生产、准备和供水以及城市污水的净化处理。所负责的供水给水包括了从两条据布加勒斯特20km的河流中取水。从两条河流中取到的水在3个水厂中处理。整个水网有188km的远距离自来水输水管线和54km的原水水渠(两者都有重力梯度),620口水井,20个储水池(总容量36万m3),7个升压站(共52台水泵)和2800km的低压自来水管网。

根据水网的规模和水利设施的数量,2003年采取的远程遥控技术就是保证给水供水可靠性、对给水供水进行优化的基本前提了。2006年时,APA Nova公司决定,为供水网的流量分析和减少自来水的泄漏量再引进一套局域性测量系统。通过这一远程遥控系统的控制,使得雨量监测站和污水收集池也有了纳入到污水网络工作情况监控和工作数据分析中的可能性。

这一远程遥控项目的第一阶段工程包括了取水点、水处理设备和升压设备的远程遥控。第二阶段的工程包括负责提高各个城区水网升压站的水压(压力水柜)。120多个站点都使用了Lacroix Sofrel公司的远程遥控设备实现了远程监控,其中有一部分还实现了利用PLC可编程序控制器进行通信。现在,数据传送都是利用无线连接或者GSM连接进行通信的,中期计划将改为GPRS通讯连接。为进行分析和评判,这些数据都可以以表格、曲线和一目了然的图形等方式来表示。


图2 自动化的饮用水生产和污水净化处理保证了很高的供水可靠性和生产过程可靠性

水资源和污水处理系统中的气动控制技术

与电气控制的自动化技术相比较,利用Festo公司研发生产的自动化气动控制技术可以减少设备的投资、安装和使用运行费用多达50%以上。从整个使用寿命周期的角度来看,气动驱动装置的维护保养工作量还少。它所具有的其他优点还有,即使是在断电之后压缩空气仍然能够保持气动设备的正常工作,因为在压缩空气的生产和准备中除压缩机外还都配备有储气罐、储气瓶。

在希腊,Psyttalia污水处理公司制定了在雅典和比雷埃夫斯港口之间海湾内同名小岛Psyttalia上展开的宏伟计划。用1.5km长的污水管道把城市各区收集起来的污水输送到海湾中孤立的小岛上,由孤岛上的污水处理厂进行无害化净化处理。污水净化处理过程中的工作数据以数字化数据的形式传送出来。污水的生物净化设备包括了12个发酵塔,总容量高达30万m3,每天的产量为100万m3。

他们利用DLP系列的气动线性控制的蝶阀对污水的供应进行控制。这种线性控制直接作用在蝶阀阀板的运动上,与其他驱动方式相比较属于免维护的驱动方式。在发酵塔的流量控制中,发酵塔中的沼气由旋转控制阀进行控制。它控制着热水阀保持发酵塔中的温度稳定在36℃的水平。

补充安装

西门子公司承诺,通过标准化的数据传送技术可以补充安装到已经使用多年的水资源管理设备和污水处理设备中,从而简单地实现了老设备的现代化和性能扩展。原则上,中央控制系统在保证整个系统的正常工作方面起到了关键的作用。而中央控制系统的技术升级可以得到合适技术解决方案的支持,例如采用Siplus RIC(远程控制接口)远程遥控系统。这一系列的产品能够让在使用Simatic S7自动化控制系统基础上实现按比例的扩展远程遥控系统。它最小的硬件和软件单元(Bundle)就可以处理最多200个信息点的数据,在由Simatic S7-400H控制系统和Siplus RIC Library组成的高性能控制系统中,最多可以处理5000个数据采集点的数据量。

小结

分散式配置的供水和排污技术从集中控制的信息处理中获益匪浅。因此,世界各地的水资源和污水处理厂都在远程遥控和自动化控制技术方面进行了大量的投资,以便提高其设备的可靠性和可用性,同时也节约能源。

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