现场总线为孟菲斯动物园提供自动化解决方案

来到孟菲斯动物园的游客能够直接体验西北太平洋的气候环境。动物园带给所在地区当地居民，动物和园艺的独特礼物是每天能在有500个座位的圆形露天剧场观看海狮表演以及到容量为100.000加仑的水底世界看一看，因为海狮和北极熊在那儿就像在它们的自然栖息地一样生活和玩耍。
　　
动物园设计人员的最大难题之一是正在再现一个模仿几千英里远的环境的栖息地。

景点给工程带来挑战
　　
对孟菲斯动物园园方来说，保持“西北通道”景点独特的环境，给工程带来许多挑战。设施的自然环境不得不要集成了通常只于工业生产中才能发现的多专业自动化控制器，先进的控制网络和过程及电机控制设备。这一集成手段是不可缺少的，因为它能保证水和空气质量满足健康的动物和舒适的野生动植物环境的需要。
　　
动物园设计人员最大的难题之一是正在再现一个模仿几千英里远的环境的栖息地。这项工程中，HVAC控制是必不可少的，因为它能模仿凉爽和干燥的气候。工程师必须设计出一条游客在景点参观行走不断变化的路径，期间的华氏温度能达到100度，湿度增加100%，这里没有提及孟菲斯的夏季温度。
　　
景点内也有大的水池，水温必须保持冷彻，水体必须清洁。水/污水控制是必不可少的，因为它能精确平衡水中的化学物质，例如臭氧和溴，并且能检测对动物健康和游客身心有影响的pH度。
　　
由于动物园的环境问题至关重要，因此非常精确和可靠的仪表/电机控制系统是使保持西北通道环境的景点符合要求的关键因素。控制系统要有报警能力，能够监测所有过程仪表，驱动设备和电机的设备运行状态。报警必须做到的不仅是单单警告相关人员，设备出现问题，而且也需要发挥预防功能作用；协助维护人员在潜在故障出现前将它们排除掉。
　　
现场总线保证健康的环境
　　
为了有助于保证气候控制系统在动物园的景点和景观区域内按要求运行，孟菲斯动物园决定安装可编程序自动控制器，它能够支持不同的控制语言，从过程控制用的功能块和连锁用的梯形图到启动/停止顺序用的顺序功能图（SFC）和定制算法用的结构化文本。它的使用将使现场工作人员在控制策略上不需要采用折衷手段就能够应对能够出现的任何应用情况。
　　
动物园工程师在整个景点选用了过程仪表自动化用的基金会技术和泵与风扇用电机控制用的Rockwell Automation的DeviceNet协议。这些数字现场网络允许设备的设置满足人员进出方便以及所有的控制和校验信息都能用于全部的远程监测和组态的需要。
　　
动物园安装了基于组件且专门在Microsoft Windows环境下运行的HMI（SCADA）软件程序。HMI是在标准的个人计算机上运行的，用来发挥监控和报警作用，并且使操作人员能够实现对整个系统的控制，其中包括通过基于Rockwell的DeviceNet冗余监控网络（一种将景点建筑物相连在一起的网络）通信。
　　
动物园也利用AC驱动装置控制空调机组的风扇。这些成套装置监测不同的空气压力并控制气流流速，使动物生活的场所保持符合规定要求和临界的恒定空气流动。
　　
八个基金会H1现场总线网段连接所有的过程仪表，而三个DeviceNet网段负责电机控制通信。来自现场总线仪表的数据进入可编程的自动化控制器，它自动调节冷却器设定点并且向驱动装置发出信号，根据环境和化学测量结果提高或降低泵速。全数字系统的精确度允许进行有效调整，实现化学平衡。
　　
为了保证水质正常和透明，动物园安装了循环泵仪表，检测动物水池内的化学物质并使它们循环流动，通过一系列40多台泵使化学物质达到预先设定的程度。此外，水池的工艺管道内的pH传感器检测流入和流出水池的水质，并且借助于现场总线通信将测量结果送回控制器。
　　
控制系统也利用现场测量结果防止残余的臭氧进入动物水池。可编程序的自动化控制器利用数字传感器信息，保持设定点所需的泵和阀门设定值的最佳组合。增强的PID功能和先进过程控制策略确定那些电机所需的转速。DeviceNet将自动化控制器连接到控制电机的AC驱动装置，使水和空气根据需要循环流动。
　　
动物园工作人员依靠数字现场设备提供的数据，结合控制器内的运行信息设定报警值，通过信号告知出现了不正常或超出限度的现象。所有数字现场设备发挥作用也使技术人员掌握诸如湿度、流量和电机性能等趋势数据，从中发现问题并且制定有效的维护计划。
　　
数字控制系统取得成功
　　
对于孟菲斯动物园来说，集成电机和过程自动化的数字系统在许多方面取得了成功。系统强大的报警和远程监控能力使需要在现场检测设备运行工况的工作人员的数量减少了，每年单单在人工成本上减省支出高达80，000美元。
　　
动物园通过采用数字仪表和工业控制设备，也在系统投运时间上缩短了三到四个星期；而且由于它们拥有灵活连接能力，因此系统的安装时间减少了六到八个星期。总的安装成本减少了大约100，000美元。
　　
由于采用的是数字网络和数字设备，技术人员没有必要为每台单独的I/O布线。而且，他们能够使仪表驱动装置和配套的电机控制装置实现远程组态，所有这些条件节省了大量的安装时间。
　　
数字自动化解决方案在具体实施过程中，安装、维护和运行费用到目前为止节省了180，000美元。
　　
结论
　　
由于孟菲斯动物园的西北通道景点采用了智能电机控制和数字现场总线技术，来到该景点游玩将成为一次令人愉快的经历。
　　
了解更多信息
　　
如要了解基金会技术项目的更多信息，请访问基金会现场总线网站（www.fieldbus.org）上的项目资源网页。