底特律更新用水控制

背景
底特律污水处理厂是美国最大的污水处理厂之一，为密歇根州三分之一以上的人口提供服务。该工厂的规模和复杂性取决于三大力量的融合：工业、水和天气。

二十世纪二十年代，汽车制造业蓬勃发展，该市人口出现爆炸性增长。这座新兴的“汽车城”持续增长，在二十世纪后半叶稳居美国十大重要大都市之列。

这座城市的名称源于其境内的河流，法国探险家称其为 Rivière du Détroit，意为“海峡之河”。这条海峡（如今的底特律河）通往伊利湖和五大湖中的其他湖。

与美国的许多城市水道一样，底特律河及其支流曾受到污水和暴雨水的严重污染。1939 年，该市兴建了污水处理厂，在接下来的 50 年内进行了一系列的扩建和升级，极大改善了出水水质。

但仍存在一个主要问题：大雨和融雪有时会让污水处理厂超载，从而使遭受污染的暴雨水流入底特律河及与其连接的胭脂河。胭脂河位于大底特律都市区庞大流域的中心，曾遭受严重的化学排放物污染，甚至于 1969 年出现了河流着火的“奇观”。

为更好地保护河流免受污染，该市于 25 年前开始建设综合性下水道溢流池网络。今天，该部门运营着八个这样的溢流池，它们有针对性地分布在暴雨水可能流入河流的位置。这些溢流池旨在承载和集中处理暴雨水，为保护周围流域及附近居民和野生动物的安全发挥着举足轻重的作用。

例如，仅仅在 2011 年的前三个月里，这些溢流池就截留了五十多亿加仑流向水道的污水。三分之一的污水被泵送到主污水处理厂处理，其余的在溢流池中就地处理。

挑战
每座综合性下水道溢流池设施在规模和设计上各有不同，但基本上都采用相同的处理过程：存储溢流，以机械方式筛出固态物质，然后用次氯酸钠（漂白剂）对水进行消毒。溢流池还设有一系列设备，供操作员监测流速和体积、采集样品、清除溢流池中的残余水、在雨天过后进行清洗。

虽然这些溢流池的功能相似，但它们的过程控制仪表却存在相当大的差异。部分原因在于这些溢流池是在过去三十年间陆陆续续建设的，而自动化控制技术的发展却极为迅猛。另一个因素是：公共工程项目进展相对缓慢。市政规范要求公开规划、公开招标和官方监督，因此，每个溢流池从提出概念到调试运行都需要历经数年才能完成。与此同时，联邦政府和州政府的水质标准日益严苛，这又为该项目增加了一层复杂性。

底特律供水和污水处理部门 (DWSD) 过程控制系统管理员 Anil Gosine 解释说：“这些年来，为了遵守不断变化的政府规定，我们一直在被迫更新各个溢流池的过程控制系统。”这样导致的结果就是“不同地点采用了不同的过程控制系统。一个溢流池设施内包含来自四家不同供应商的过程控制设备。”

这种杂乱无章的局面给集成造成了困难，集成甚至成了困难、无法完成的任务。Anil Gosine 说：“缺乏标准化的平台也给故障处理和维护带来了难题。库存问题也很严重，因为我们不得不预留很多不同的备件。”

解决方案
2004 年，DWSD 聘请顾问为两座现有的综合性下水道溢流池设施设计新的、更有效、更高效的控制系统。进行生命周期成本分析后，DWSD 工程师指定 Rockwell Automation 为过程控制系统的供应商。

Anil Gosine 解释说：“我们仔细比较了 DWSD 正在进行标准化的选项，审核了资本和生命周期成本，发现 Rockwell Automation 解决方案是最好的选择之一。我们已经使用了数百种 Rockwell Automation 产品，我们熟悉他们优质的技术、维护任务、故障处理技术以及高水平的技术支持。”

新系统采用 Rockwell Automation PlantPAx™ 过程自动化系统。这是一个集成控制和信息解决方案，它将 DCS 的功能与过程信息的普遍访问性结合了起来，有助于实现全厂最优化。这种可扩展的多领域平台可帮助需要过程和顺序控制的用户实现更低的总体拥有成本和全厂监测。

系统集成商 Process Control & Instrumentation (PCI), LLC 获得了为两座 DWSD CSO 溢流池设施更换非功能性控制系统仪表的合同。PCI 是一家在底特律设有办事处的控制工程公司，最近与 DWSD 合作实施过其他项目，这让 PCI 工程师对 DWSD 的整个 SCADA 系统有了充分的了解。

但是，在赢得更换溢流池设备合同的同时，PCI 面临着两难困境。该公司曾有针对性地提供最低报价，获得了 DWSD 的项目，并首次与 Rockwell Automation 进行了合作。但这次不同，PCI 工程师担心更换陈旧控制系统的总成本会超出商定的合同金额。

Rockwell Automation 工程师推荐了一个在预算内完成任务的解决方案 - 采用 PlantPAx 过程库和水/污水处理加速工具包。该过程库是面向 Logix 控制平台的一种创新型软件应用程序，包括一系列可在各种应用中使用的预设计代码。此外，它还包括基于特定工厂角色的定制面板、丰富的直观图标和完整的文档。

水/污水加速工具包对这些元素进行了定制，大幅减少了设计、安装、运行和维护污水处理项目所需的时间。该工具包包含配置文件、选型工具以及演示如何通过 EtherNet/IP™ 和 DeviceNet™ 网络将 Allen-Bradley® ControlLogix® 控制器连接到设备的人机界面 (HMI) 硬件及其他设备的示例。此外，该工具包还提供用于底特律新建溢流池采用的 Rockwell Automation FactoryTalk® View Site Edition 人机界面软件的系统架构图、基本状态、控制和诊断逻辑以及面板。

参与 DWSD 溢流池项目的 PCI 控制工程师表示：“Rockwell Automation 的加速工具给程序员带来了无与伦比的快乐。过去，我们必须将 HMI 与控制器分开编程，然后再将它们连接起来。而这个工具包随附了 80% 的预定义并且经过工厂测试的必要代码。所以，我们可以心无旁骛地为客户定制机器控制。”

参与该项目的 Rockwell Automation 团队与 PCI 的工程师就如何运用过程库和加速工具包为底特律溢流池项目定制系统配置进行了密切合作。

PCI 工程师解释说：“我们需要修改工具包，以 DWSD 操作员熟悉的方式呈现过程数据。某些图形面板元素不符合 DWSD 的颜色和命名约定。例如，他们习惯于设备启动后亮起红灯，而不是过程库中预建的绿灯。因此我们进行了诸如此类的更改，构建出一个底特律污水处理厂专用的标准工具包。”

成果
据 PCI 工程师估计，过程库和工具包为其减少了一半的工作，在编程和系统集成时间方面节省约 120,000 美元。此外，还在工厂验收试验和启动/调试方面节省 90,000 美元。

PCI 工程师说：“第一个电机的编程工作花了两个小时，但之后我只需要复制和粘贴代码就行了。”现在，他正在使用过程库和工具包进行其第四个项目。“Rockwell Automation 为我提供了莫大的帮助。我有机会与该工具包的编程人员直接交流，以便根据需要进行更改。”

该工具包的首席工程师是 Rockwell Automation 的专家之一，他曾前往底特律展示该系统的优势，然后返回参加面向城市工程师和污水处理操作员举办的项目研讨会。

据 DWSD 官员估计，Rockwell Automation 提供的新工具将设计时间、合同监督和签约后文档及支持减少了一半。

帮助监管 DWSD 项目的 Gosine 先生表示：“PlantPAx 系统为操作员提供了极为平滑的学习曲线。此外，我们还能从这两座溢流池获取大量的综合性数据。这切切实实改进了诊断工作，让我们能够进行更多的预防性和预见性维护。”

Gosine 还说，DWSD 正在使用 Rockwell Automation 的硬件和软件对其他两座溢流池进行标准化。将来，DWSD 可以利用过程库升级到改造后的溢流池控制系统，这意味着工程师不必从头开始编制过程标准和代码，因而可节省更多时间和资金。

上述结果是底特律供水和污水处理部门将 Rockwell Automation 产品和服务与其他产品配合使用实现的。具体结果可能因客户而异。

Allen-Bradley、ControlLogix、FactoryTalk 和 PlantPAx 是 Rockwell Automation Inc. 的商标。DeviceNet 和 EtherNet/IP 是 ODVA 的商标。

不属于 Rockwell Automation 的商标是其各自公司的财产。