案例研究: Carlsbad市政水处理" title="水处理">水处理
SCADA系统用于水输送、分配及处理
加州海滨城市Carlsbad位于圣地亚哥北面，以美丽的海滩、高消费的家庭及特有的购物中心而闻名。技术专家Tom Pagakis监督SCADA系统，用于监测、控制城市所有水和回收水。系统的关键组件是由OPTO 22生产制造的SNAP系列控制器。
“我们开始试验性地使用OPTO产品，”Pagakis解释道。“在这之前，我们使用过时的技术如遥感及后来的混合I/O模块和来自Grayhill等厂商系统，必须安装特殊的驱动以保证所有通讯正常，这样系统不仅变得非常复杂且操作性变差。”
SNAP系统—通过无线电、串口及以太连接相互通讯并反馈给控制中心，应用于整个城市水务系统的监测、控制和数据采集" title="数据采集">数据采集。Pagakis管理所有水输配、监测一个独立的水处理厂并控制氨及氯气的化学品用量。总之，系统包含了超过1000个I/O点，分布在城市的指挥和控制中心及众多远程现场。
水从圣地亚哥水务局购买，通过管道运输至Carlsbad，再配送到工厂、居民家中。饮用水的配送几乎无需泵送，水由重力从一个巨大的水箱（约9百万加仑）中流出，该水箱坐落在高于海拔700英尺处。
SCADA系统经配置能控制各类设备和监测水处理的整个过程。尤其是模拟量和数字量输入、输出模块的连接到：
l 液位" title="液位">液位传感器用于追踪水库及水箱液位
l 管道中压力传感器用于测量每平方英寸上的压力，并保证水的有效输送
l 流量计记录每分钟配送量
l 不同程度开启或闭合持压阀、泄压阀等阀门来调节水的流量
“现在，SCADA系统涵盖了3个大保留水库、14座水库及20座用于监测长度超过500英里配送管线的减压站。”Pagakis说道。
值得注意的是，所有这些监控和数据采集功能不是由一个（甚至多个）中心控制器完成的，而是由3个分布在各泵站及设施内各点的本地I/O处理器（或叫做“智能处理器”）来执行。这些处理器和安装在同一机架上的I/O通讯，功能类似高端PLC。比如，智能处理器从模拟输入模块" title="模拟输入模块">模拟输入模块中读取阀门信息并通过比例运算将电压转化为百分比。（一般对一个4~20mA的模拟输入模块，12伏特相对应的读数是50%）比例运算和工程单位转换都在I/O层实现，这样既缓解了主控制器" title="主控制器">主控制器的处理压力，也方便Pagakis和同事们浏览和理解测量单位（比如，百分比反比于电压）。
为了防止发生主控制器操作中断，这里的分布式智能也提供了一定的安全保障。智能处理器能接受指令继续记录、执行运算等，操作者仍可以通过控制中心的HMI浏览数据。
Wonderware HMI
Pagakis的HMI采用Wonderware InTouch系统，它灵活地集成了OPTO 22的硬件并使得Pagakis及其他控制中心人员可以查看相关的压力、流速、液位、设备状态等操作变化和情况。Pagakis也使用Wonderware系统来生成块状图、折线图（说明液位、泵状态及阀门位置）和历史趋势等。例如，对每一个储槽生成一个24小时的趋势图，列出每天、每周、每月泵水体积。
基于一系列的I/O点，HMI配置了报警功能，并划分成“正常”或“安全”等操作状态，若I/O读数偏离了参数范围，控制中心会接收到一个可视警报。报警装置同时被集成在一个呼叫系统内，待命的操作员一收到手机信息，就可以适时处理。比如，控制中心监测下游和上游的水务配送，接收强制变化引起的报警，如消防栓的使用或损坏—这是件常事，例如最近圣地亚哥就发生的大面积火灾。
基于OPTO 22的SCADA系统也能在阀门故障或变频驱动失效时生成一个报警。“我们使用变频器在大负载下来驱动泵电机，易遭受突高电压和非正常波形。”Pagakis说道，“我们将变频器与模拟输入连接起来，这样就可以持续观察其频率和电机的转数，只要一出现问题，我们马上可以知道。
Pagakis解释道，如此严格的监控和报警源于城市协商合同中限定了获取的水量、获取时间、泵水的速度等。市政对每天回收水的季节性量有明确的规定。于是，当规定量一到，OPTO 22控制程序立刻要求关闭泵。此外，由于本地电力公司（San Diego Gas & Electric）的强制频率，泵水的最佳时间在深夜，故尽管系统被设定为监控水位，低于一定液位后自动开泵，我们还是写入了一个延迟指令以保证泵水时间在晚10：15以后至凌晨5：50。
废水回收
废水回收是将家庭及工业废水引入废水处理厂，经生物和化学处理再利用。
“附近6个城市的所有污水都进入一个独立操作的处理厂，我们从控制中心来监控它。”Pagakis说道。使用SCADA系统，Pagakis能监测处理厂的操作—尤其是升降台中的湿井液位。通过液位传感器，系统也监控回收水储槽液位并追踪净化后水的输出量及可用量。控制程序设定为当水量减少至一定程度，SCADA系统控制器发送模拟及数字输出信号，不同程度地开启阀门并启动泵从而将回收水和其他水引入，再分配。
Pagakis说道，系统经过仔细地配置，利用泵压混合来自不同源的水，这样就能将湖里的水、储槽里的水一并流通，避免水过长时间停留在一个地方，无法得到更新。
不断创新
OPTO 22系统现在能接收来自各式各样红外设备、运动探测器及装在门框上的簧片开关的输入信号；这些设备都是用来保证所有升降梯、升压泵站或其他设施的正常进门。Pagakis计划对门禁系统增加视频监控，并对一个拟建脱盐流程进行深度跟踪，预计每天能额外提供约5000加仑的饮用水。
关于Opto 22
Opto 22研发并制造可靠，灵活，易于使用的软硬件产品用于工业自动化，远程监控及数据采集应用。Opto 22 产品使用商业化标准网络及计算机技术，其简便实用、技术创新、质量保证、可靠耐用已在全世界范围内建立了极高的声誉。我们的产品适用于终端用户、原始设备制造商、IT从业人员等。公司创建于1974年，位于美国加州的Temecula。Opto 22产品在世界范围内通过分销商，合作伙伴或系统集成商销售。