Bolivar廢水處理廠建置全新技術來改善阿德萊德的廢水處理品質

全新技術改善阿德萊德的廢水處理品質

挑戰

  • 升級Bolivar廢水處理廠的控制和通訊網路

解決方案

  • 功能研討會 – 研討會在諸多利害關係人的參與下,確立了處理廠目前的功能和未來的需求
  • 進階控制系統 – 為了達到集中控制的需求,舊型PLC-5控制器已升級至Allen-Bradley® ControlLogix®,並將Flex™I/O和CompactLogix™用於控制現場裝置
  • 整合通訊 – 為了改善診斷及通訊,將原始的ControlNet網路升級至乙太網路EtherNet/IP

結果

  • 專案管理 – 透過有效的專案管理建立合作的文化
  • 簡化系統架構 – 控制系統升級讓簡化的系統架構即可控制整座處理廠
  • 升級期間的維護執行時間 – 執行升級時不會對廢水處理造成影響
  • 優化處理廠效能 – 處理廠效能經過優化後,可以節省營運成本並大幅降低環境風險

複雜且具挑戰性的控制系統升級,可以改善可靠性並優化處理廠效能

廢水系統可以保護健康與環境,是日常生活不可或缺的一部分。南澳水公司(SA Water)是廢水處理的領導廠商,每年負責管理和處理澳洲南部數百萬公升的廢水。 

南澳水公司有三個主要的都會型廢水處理廠,分別座落在Bolivar、Glenelg和Christies海灘,每天要處理超過250兆公升的廢水,每秒要處理約五個放滿水浴缸的水量。

Bolivar廢水處理廠(WWTP)成立於1966年,是三座廢水處理廠中最大的一座,負責處理阿德萊德大都會區約70%的廢水,服務約一百萬名客戶。處理過程會回收淨化水,以及廢水中的有機物質。

南澳水公司不斷努力,秉持著好還要更好的精神,因此決定投資全新技術,以確保處理廠能可靠運作並提高品質與產能。

Bolivar處理廠的原始元件,例如抽水站和發電站以及廢水入口等設施,已用了約45年之久,這些設備已經達到使用年限,而且整座處理廠的監控與資料擷取(SCADA)、可程式控制器(PLC)和通訊網路,最終都需要全面和分階段升級。

汰舊換新

Bolivar處理廠占地廣闊,具備156座抽水站,透過一連串的重力和排水管連接處理廠。這座處理廠在設計上可以處理一天165 ML的年平均流量,以及一天500 ML的雨天高峰流量。

Bolivar WWTP等關鍵基礎建設必須全年無休持續運作。設備故障會導致此基礎建設停機,因此最好避免這種情況發生。升級處理廠內的老舊設備為首要任務,且必須採用分階段方法來實施。

澳洲自動化系統商SAGE Automation和南澳水公司簽訂合約,計劃升級基地設施。SAGE Automation的資深專案經理Barry Higham表示,首先要招開設計研討會,在會中評估目前的功能,並訂定改進的方向。研討會也提供了一個寶貴的機會,可以協助整合團隊建立合作文化,促成以成果為導向的解決方案。

Bolivar WWTP處理阿德萊德大都會區約70%的廢水,以及服務約一百萬名客戶。

這座處理廠現有的核心控制系統為不再提供支援的舊型PLC-5控制器,卻要負責廢水處理的自動控制,讓其符合環境保護署(EPA)對合格廢水處理設施的需求。

鑒於維持處理廠執行時間的重要性,以及老舊設備所涉及的風險,因此將PLC-5控制器升級至佈建備援的Allen-Bradley® ControlLogix®PowerFlex® 變頻器 可以替抽水站供電,而現場裝置則是使用Allen-Bradley CompactLogix™ 控制器負責控制。Higham表示:「我們只需要徹底重新撰寫所有必要功能的PLC邏輯,並安裝全新的備援ControlLogix處理器。」

由於產品老化又不支援新技術,因此洛克威爾自動化和客戶合作,以滿足客戶創新的需求,並協助優化效能。在任何控制平台中,PLC-5控制系統是最多人使用的系統。不過,這些控制器的備用零件、維修裝置,以及熟悉這些控制器的工程師卻變得越來越少。

更新的項目之一,就是將FlexÔ I/O的舊型ControlNet介面卡更換為乙太網路EtherNet/IP介面卡。Higham解釋:「這項網路變更並不會影響或介入I/O線路,因此可以簡化製程並降低專案風險。我們使用了ControlLogix和CompactLogix控制器,所以能夠在RSLogix 5000的環境中開發全新PLC邏輯。經過證實,使用早期升級作業定義的附加元件指令,便不需要為升級的後續階段開發新的程式碼,可以節省許多時間。FactoryTalk® View 應用於人機介面(HMI),不僅可提供優先整合,還能查看整座處理廠的運作。」

處理廠的舊型PLC-5控制器已升級至佈建備援的Allen-Bradley ControlLogix。

維持升級期間的廢水處理

南澳水公司的發言人解釋,專案從創立初期就面臨關鍵挑戰,就是難以將老舊控制系統轉移到全新控制系統。

「除了廢水處理過程背後的複雜度之外,從舊系統轉移到新系統也為處理廠的效能和作業能力帶來高度風險。為了避免廢水溢出,轉換過程必須經過精心規劃、審查、品質保證和監測。」

因為整座廢水處理廠都已經投入運轉,所以是在執行中的系統上進行複雜的升級作業。為了避免升級期間停機,PLC-5控制器基本上都變成閘道,可以靈活配合所有指令。Higham表示:「我們決定將過去安裝在ControlNet上的所有Flex™I/O模組移轉為乙太網路EtherNet/IP,並將所有模組進行編碼。對於連線到每張網路卡的裝置,我們依序檢查與其相關的編碼是否正確,讓我們得以在不會明顯中斷廢水處理的情況下完成升級作業。

這項專案在執行期間遭遇的最大挑戰,其中之一是決定PLC故障的回應方式。處理廠有許多區域彼此連結,所以開啟和關閉閥門都會對下游的處理過程造成一連串的因果關係。若要解決這個問題,所有可能的情況都必須加以考量並以此為基準,再決定出回應方式。

為了改善正常執行時間,廢水處理廠可以分為兩個獨立的處理廠,並在兩者之間建立備援連結。因此,如果處理廠其中一部分的交換器出了問題,依舊也可以維持連線。您可以透過控制器經由乙太網路EtherNet/IP進行診斷,而且也會透過SCADA發出警示,任何問題都能輕鬆修復,有效縮短處理廠的停機時間。

新系統內含超過5000個I/0,經證實更為可靠、更具彈性,且更加穩定。

全新與改良的系統

新系統經過證實更為可靠、更具彈性,且更加穩定。透過改良的診斷與回饋,處理廠的任何故障都能快速解決,因此處理廠能夠以最短的停機時間再次啟動並恢復正常運作。這是一項顯著的成就,特別是針對規模較大的處理廠(約5000個I/O)。

根據南澳水公司的發言人表示:「這項專案的完成超出提供所需結果的技術領域。SCADA的網路架構包含將處理廠劃分為向集中式控制系統回報的八個裝置層環狀(DLR)。專案在預期時間內完成,而且還沒有超出預算。除此之外,處理廠的效能優化完成後,可以節省營運成本並大幅降低環境風險。」

南澳水公司的這項專案獲得澳洲專案管理學會獎。

Allen-BradleyCompactLogixControlLogixFlex I/OPowerFlex、洛克威爾自動化及洛克威爾軟體為洛克威爾自動化公司的商標。

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