背景：
位于落基山脈腹地的阿肯色河主要源頭，科羅拉多州Leadville市建立于1877年，海撥10，152英尺，該市是美國最高礦業(yè)城市，以金、銀、銅等貴金屬資源豐富而聞名。追溯至19世紀60年代，當金和銀首次在Leadville附加發(fā)現(xiàn)時，那起初是作為當?shù)氐囊粋€采礦基地。在以后的幾十年里，其周邊地區(qū)的山坡深處遍布金屬礦產(chǎn)。在那個年代，排出地表水和雨水很不容易，所以在采礦設(shè)施下搭建了縱向通道，使水能夠流下來匯集到阿肯色河中。
到了20世紀80年代，大量的水聚集在棄用的礦井中，金屬逐漸把水酸化。更嚴重的是附近的河流也被污染，當有動物經(jīng)過時，其腿和腳極易被灼傷。經(jīng)美國環(huán)境保護局評估后，Leadville礦區(qū)內(nèi)和附近的多塊區(qū)域被判為人類非安全區(qū)域，并指定為超級基金（有毒廢物堆場污染清除基金）的站點。
美國墾務(wù)局建設(shè)堤壩、電廠及隧道，為超過3100百萬的美國居民供應(yīng)用水
Leadville隧道
Leadville礦井排水隧道（LMDT）于1952年竣工，由美國礦業(yè)局建造用于礦井區(qū)指定區(qū)域的排水。隧道位于Leadville市外南/東南部，全長約120，000英尺。
隧道內(nèi)部
自1992年，開墾局（于1959年購得隧道，一直獨立負責直至1996年被聯(lián)邦政府解散）便進行隧道排水處理—除去溶解的金屬，保證水符合管理法規(guī)和標準，能安全地流入阿肯色河道內(nèi)。
1996年以來，Eugene Csuti主要負責該地水處理廠的自動化和電子設(shè)備。他確定、使用、維護一個復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)用于監(jiān)測包括水位、條件變化報警和金屬篩除如鎘、鉛、銀和鋅等。系統(tǒng)同時調(diào)節(jié)水的PH值，降低水的濁度，在排放前對其進行凈化，甚至比日常飲用水更為清潔。
為了實現(xiàn)這一目標，Csuti開始重新審查安裝的Opto 22 mistic™控制平臺，包括多重G4LC32控制器（自動化行業(yè)的第一代可編程自動化控制器之一）和可升級至更先進的SNAP PAC系統(tǒng)，它是Opto 22最新一代的硬件和軟件，擁有更快和更強大的控制器，簡單易懂，Microsoft®Windows®環(huán)境下編程，易于操作的HMI開發(fā)工具。因為Opto 22產(chǎn)品可向后兼容，Csuti能對硬件升級，利用新的特點加入指令，而不用改變運行中的現(xiàn)場布線和I/O。
Csuti與Opto-Solutions（一家工程和設(shè)計公司專業(yè)機械自動化，建筑和能源管理及其他應(yīng)用等）合作，Opto-Solutions協(xié)助Csuti將整個系統(tǒng)升級至Opto 22的旗艦產(chǎn)品SNAP PAC系統(tǒng)平臺。新系統(tǒng)擁有Opto 22著名的分布式架構(gòu)，裝有與多個I/O通訊的獨立控制器，用于監(jiān)測和控制上千個點。Opto 22 的I/O擁有罕見的獨立I/O處理器，能進行時間關(guān)鍵性、密集處理和重復(fù)任務(wù)，如高速計數(shù)、輸入閉鎖、積分計算及最出色的PID回路控制。
LMDT的控制室
PID控制
部分Leadville的處理過程包括添加硫酸和其他化學(xué)試劑以固化污染物，最終能像淤泥一樣被抽出去。使用PID回路控制有效調(diào)節(jié)了硫酸注入過程并保證了水的PH值在正常范圍內(nèi)，約7.8~8。
“我們的Opto系統(tǒng)連接化學(xué)加料器，PID控制加快或減慢注入速度，保持PH值的準確”，Csuti解釋道。
分布式架構(gòu)
值得注意的是，PID回路控制的這個過程不依賴Opto 22 PAC控制器來執(zhí)行，而是通過遠程處理器（也被稱作智能處理器）實現(xiàn)的。將整個設(shè)備中的控制器層的PID回路控制的密集運算下放到I/O機架上的智能處理器，能有效推動控制至I/O層，同時這種分布式架構(gòu)為Csuti提供了許多優(yōu)勢。Opto—Solutions總裁Anthony Dern定時與Csuti就使用和支持的問題進行磋商，
他解釋道：“有了Opto的分布式SNAP PAC系統(tǒng)，中央控制器能運行控制程序或‘策略’，并代表遠程智能處理器的許多功能—從簡單的I/O讀寫到更復(fù)雜些的功能如高速計數(shù)、脈沖、測量及熱電偶線性化等。因此，SNAP PAC系統(tǒng)能降低系統(tǒng)內(nèi)的故障幾率，例如若主機PAC以任意形式出現(xiàn)故障，你仍有單獨單元可繼續(xù)進行操作，永久地不停頓地執(zhí)行系統(tǒng)各自的任務(wù)。”
在Csuti的案例中，這意味著，如果中央控制器停轉(zhuǎn)、離線或因為任何原因不運行，所有分布在整個設(shè)施中的SNAP PAC智能控制器不會受到影響，將繼續(xù)執(zhí)行他們的PID計算和對規(guī)定水的計量。
Opto分布式架構(gòu)的另一個優(yōu)勢在于布線，如Csuti的水處理操作發(fā)生在大規(guī)模設(shè)備中，一個主控制室與6個遠程I/O通訊，面板加2個遠程站點通過光纖通訊。這些都是有線連I/O，控制閥門開關(guān)、設(shè)備開關(guān)及儀表監(jiān)測。在白天的開關(guān)過程中，系統(tǒng)操作狀態(tài)是手動，面板則用于本地控制。而在晚間和節(jié)假日，系統(tǒng)切換至自動狀態(tài)，同時控制室優(yōu)先。因此，布線實際上需要2個不同的地點，同時，對于設(shè)備大于2500個I/O點的集中控制，需建立起并管理眾多遠距離布線的運行。所有這些都決定了分布式架構(gòu)才是最佳的選擇。
超過2500個Opto 22 SNAP PAC系統(tǒng)I/O點24h監(jiān)測和控制水處理過程
并行布線
這一水處理應(yīng)用中獨特的一面是，升級至SNAP PAC系統(tǒng)意味著Csuti需要對整個設(shè)備進行并行布線，通過安裝新的的硬件同時和舊硬件并行與I/O相連，逐一復(fù)制現(xiàn)有架構(gòu)。盡管這種方法比一般硬件移除替換更費時，在LMDT中的操作性質(zhì)及這些操作對健康、周圍居民和環(huán)境產(chǎn)生的巨大影響決定了沒有其他的選擇。
“我們廠里的設(shè)備全年無休，每天約處理280萬加侖，我們的水處理操作關(guān)系著這個社區(qū)，” Csuti說道。“我們處在不能長時間關(guān)閉任何設(shè)備的狀態(tài)下，因此在系統(tǒng)升級方面，我們沒有很多選擇。復(fù)制每條線路的確是件棘手的事。在廠的各個位置我們都裝有I/O和應(yīng)急配件。”
但是最終的升級將是值得的，因為新的系統(tǒng)的速度將是原來的100倍，且具有較好的PID處理能力，并提供高密度的I / O，能為當局節(jié)省很大空間。
整個控制系統(tǒng)是并行配置，Csuti能從其舊的mistic架構(gòu)切換至他的新SNAP PAC架構(gòu)，微調(diào)至他所需要的操作詳細和參數(shù)上。新系統(tǒng)的功能使得Csuti估算并標記出必要的調(diào)節(jié)。他也可以切換回舊系統(tǒng)并做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，仍保持設(shè)備的可操作性。Csuti計劃繼續(xù)像這樣系統(tǒng)倒轉(zhuǎn)直至系統(tǒng)正常，以后他將徹底卸除舊系統(tǒng)—包括控制器、布線、底板、模塊和其他硬件。
故障報錯，報警和可靠性
監(jiān)察當局繼續(xù)監(jiān)測Leadville內(nèi)及附近的水域。若水中金屬量超標，或水質(zhì)不干凈，當局將面臨重罰。為了避免處罰，Csuti設(shè)計的控制策略指定若有任意過程不符合設(shè)定的操作規(guī)定，控制系統(tǒng)將發(fā)布指令將排出的水從河道內(nèi)轉(zhuǎn)移至確認的池塘內(nèi)直到問題糾正，系統(tǒng)重啟。
類似地，當水廠監(jiān)測處于自動模式，若發(fā)現(xiàn)一個閥門位置錯誤或模擬量讀數(shù)超過參數(shù)范圍，控制策略會對系統(tǒng)嘗試重啟操作。若系統(tǒng)無法正常重啟，整個過程安全有序的關(guān)閉。若遇緊急情況如自主撥號激活，撥打如下之一的電話（管理者、操作員、機械專家或電氣專家Csuti），使其可以快速知曉并迅速抵達現(xiàn)場。
Opto 22系統(tǒng)還監(jiān)測發(fā)電機組的停電—若有任何事件發(fā)生，發(fā)送即時通知—不間斷電源供應(yīng)保證控制器和控制策略時刻運行。
“大規(guī)模的編程使得系統(tǒng)能對許多不同的情況和描述做出響應(yīng)，” Csuti說道。“我們策略的復(fù)雜性—其中接近80項—決策的制定需要它們，使得我們的系統(tǒng)構(gòu)成一個逼真的整體。”
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