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利馬市完成DCS遷移後廢水處理廠的作業流程變得更為順暢

PlantPAx DCS幫助城市增加廢水處理量,簡化控制與教育訓練,並將加班時數降到最低

挑戰

  • 老舊且傳統的DCS並不可靠,又缺乏效率與標準化;EPA改變了溢流的指導方針,城市需要增加產能才可達成新的目標

解決方案

結果

  • 標準化控制 - 直覺式的DCS可以簡化編碼,並降低系統不一致性,使作業員的教育訓練變得更簡單,讓新人更快上手
  • 簡易系統維護 - 前三個月使用遠端操作進行維護,幫助利馬市節省了50小時的加班時數,以及平均2,000美元的成本
  • 最佳化生產 - 將廢水處理量從53MGD增加到70MGD,達到新的EPA溢流指導方針的標準

與時俱進

無論是暴風雨讓地下水溢出,或是家庭或商業廢水排放,一旦水流出排水管,就進入了複雜的地下管路。只要經過廢水處理設備,水通常會全部排入湖泊或河川完成這趟旅程。

為了保持週遭河川與湖泊的安全與清潔,避免化學物質或其他附著在都市廢水中的病原體。高效的水/廢水處理設備就變得至關重要。

俄亥俄州利馬市將處理過的廢水排入渥太華河。利馬市的廢水處理廠建造於1930年,服務超過40,000人,範圍涵蓋該市及周圍的社區。自從有了廢水處理的概念以來,利馬市對於廢水處理的需求不斷增加,因此需要篩選與清運沙石、清除廢泥等更多的處理程序。

溢流與加班

2014年,聯邦環境保護局(EPA)變更了有關天然水源溢流的指導方針。

這項變更代表利馬市的河川溢流必須限制在每年五次以下。不能再像以前一樣,只要遇到下雨,當月就溢流數次。超過規定的溢流次數會為利馬市帶來巨額的罰款。為了維持每年五次以下的排放,利馬市必須增加廢水處理廠的處理量,從大約每天5千3百萬加侖,增加到每天7千萬加侖(MGD)。自從出現增加廢水處理量的需求,利馬市也決定將整座廢水處理廠全面升級。

當時利馬市的廢水處理廠還在使用過時的控制系統。利馬市廢水處理廠的流程控制專家Matt Fiedler表示:「我們使用的是90年代初期的設備,這些系統已有將近30年的歷史。」此外,他也提到:「我們需要全新的系統升級,有更好的資料洞察力和回報功能,幫助我們增加廢水處理量,簡化維護並達成EPA的要求。」

處理場還面臨另一個難題:這套過時的系統是客制化的,只有一位員工熟悉這套系統的相關知識,不過他已經退休了。缺乏標準化是訓練新進員工的絆腳石,而且內部又缺乏專家,才會導致頻繁的叫修和高成本的停機。

控制系統沒有遠端操作的功能,所有的故障排除和維護都要到現場操作,表示常要在半夜聯絡Fiedler和其他員工,他們必須花費近一個小時往返時間,只為了趕到現場進行為時五分鐘的調整。沒有遠端維護功能也讓合流式下水道溢流(CSO)的流程變得更加複雜。例如:如果發生河川溢流,需要更多廢水處理廠的工作人員趕到現場監看並且採樣。此外,沒有控制途徑可以操作地下閘門結構和升降站,所以會引發一些衍生的問題。然而工作人員無法限制洪水流向廢水處理廠,就會造成逢雨必溢流的慘況。

打開洪水閘門

為了簡化全廠區的廢水處理流程並共享資料,利馬市與洛克威爾自動化 PartnerNetwork 的解決方案夥伴Commerce Controls, Inc.合作,從洛克威爾自動化導入PlantPAx 分散式控制系統(Distributed Control System,DCS)。

現代化的DCS提供單一的全廠區解決方案,能夠增加所有設備流程與作業的產能。PlanetPAx系統是以開放式通訊標準為基礎,利用乙太網路EtherNet/IP以簡化全廠區的控制和資訊流。網路升級包括新的Stratix 54005700工業管理型交換器,以達到更好的數據收集和網路監看。交換器可協助監看各棟建築物的面板溫度,並快速檢視網路的健康狀況。

新的DCS使用標準化的設計,預先定義的程式碼和直覺式的介面,為全廠區和不同的流程提供相同的外觀和體驗。淘汰了舊系統的客制化程式碼,讓使用者能更快的進行程式編寫,擴充也變得更容易,有利於未來的擴展計劃。同時也簡化新人訓練,讓作業員更快上手。

資訊收集模組和智慧生產的整合軟體讓作業員能快速查看系統效能資料。資訊收集模組從所有設備和儀器中收集並儲存多年極具價值的流程資料,該系統提供自動回報和直觀式的資訊收集與即時的流程趨勢,例如溢流統計,抽排指標,溶氧量數值等等。Fiedler表示:「以前,資訊資料擷取是一場惡夢。擷取完成後,還需要重新整理資料格式,才能讓管理者使用。」

新的DCS提供了遠端操作功能,可進行系統故障排除和維護。Fiedler說:「Commerce Controls現在可以從遠端進入系統,並在遠端解決問題,每個月省下了數小時的車程,並將系統停機時間降到最低。」

此外,利馬市也建置了Stratus伺服器,以協助維護正常運行時間和生產。伺服器增加了備援等級,以確保設備在發生意外事件時也能維持正常運作。

運作順暢

PlanetPAx DCS為利馬市帶來諸多正面的影響:使控制系統在全廠區保持一致、簡化訓練、透過遠端功能簡化維護工作、改善整體污水廠的效能,並協助取得EPA的認可。

標準化的解決方案已簡化整個設備系統的編碼。Fiedler提到:「PlanetPAx DCS幫助我們解決流程的不一致並簡化控制流程。也讓作業員能夠輕易理解,並為所有處理廠設施提供相同的外觀及體驗,以實現一致且更加簡化的訓練流程。」

自從系統升級後,廢水處理廠停機時間也已顯著減少。在前三個月的營運期間,以為利馬市節省了大約50個小時的加班,以及平均2,000美元的成本。Fiedler感到十分欣慰:「利用遠端操作功能,顯著地改善故障排除的工作。下班後,我不用再因為PLC或無線電故障的問題,而往返家裡和廢水處理廠。」

智慧生產軟體改善了效能管理和流程最佳化。軟體提供了抽排指標,讓作業員自行設定計算溢流的範本。相對於過去的軟體每天只提供一次的趨勢分析,現在新的資訊收集軟體則可以提供即時趨勢變化。

Fiedler表示:「PlantPAx DCS幫助我們實現了全部的目標,還達成意想不到的成效。」他也提到:「我們不只達到我們的產能,從5千3百萬加侖增加到7千萬加侖,最小化河川排放次數,而且還取得重要的可視化資料,替未來處理廠的擴充做足準備。這是我們利馬市的新控制標準,期待應用到未來所有新的水/廢水專案皆可落實相同的標準。」

上述成果專為利馬市打造,將洛克威爾自動化產品與服務及其他產品一起使用具體的結果可能會因客戶不同的狀況而有所差異。

PlantPAxPartnerNwetworkRockwell Automation Inc.的商標。

EtherNet/IPODVA的商標。

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