現場總線為孟菲斯動物園提供自動化解決方案

來到孟菲斯動物園的游客能夠直接體驗西北太平洋的氣候環境。動物園帶給所在地區當地居民，動物和園藝的獨特禮物是每天能在有500個座位的圓形露天劇場觀看海獅表演以及到容量為100.000加侖的水底世界看一看，因為海獅和北極熊在那兒就像在它們的自然棲息地一樣生活和玩耍。
　　
動物園設計人員的最大難題之一是正在再現一個模仿幾千英里遠的環境的棲息地。

景點給工程帶來挑戰
　　
對孟菲斯動物園園方來說，保持“西北通道”景點獨特的環境，給工程帶來許多挑戰。設施的自然環境不得不要集成了通常只于工業生產中才能發現的多專業自動化控制器，先進的控制網絡和過程及電機控制設備。這一集成手段是不可缺少的，因為它能保證水和空氣質量滿足健康的動物和舒適的野生動植物環境的需要。
　　
動物園設計人員最大的難題之一是正在再現一個模仿幾千英里遠的環境的棲息地。這項工程中，HVAC控制是必不可少的，因為它能模仿涼爽和干燥的氣候。工程師必須設計出一條游客在景點參觀行走不斷變化的路徑，期間的華氏溫度能達到100度，濕度增加100%，這里沒有提及孟菲斯的夏季溫度。
　　
景點內也有大的水池，水溫必須保持冷徹，水體必須清潔。水/污水控制是必不可少的，因為它能精確平衡水中的化學物質，例如臭氧和溴，并且能檢測對動物健康和游客身心有影響的pH度。
　　
由于動物園的環境問題至關重要，因此非常精確和可靠的儀表/電機控制系統是使保持西北通道環境的景點符合要求的關鍵因素。控制系統要有報警能力，能夠監測所有過程儀表，驅動設備和電機的設備運行狀態。報警必須做到的不僅是單單警告相關人員，設備出現問題，而且也需要發揮預防功能作用；協助維護人員在潛在故障出現前將它們排除掉。
　　
現場總線保證健康的環境
　　
為了有助于保證氣候控制系統在動物園的景點和景觀區域內按要求運行，孟菲斯動物園決定安裝可編程序自動控制器，它能夠支持不同的控制語言，從過程控制用的功能塊和連鎖用的梯形圖到啟動/停止順序用的順序功能圖（SFC）和定制算法用的結構化文本。它的使用將使現場工作人員在控制策略上不需要采用折衷手段就能夠應對能夠出現的任何應用情況。
　　
動物園工程師在整個景點選用了過程儀表自動化用的基金會技術和泵與風扇用電機控制用的Rockwell Automation的DeviceNet協議。這些數字現場網絡允許設備的設置滿足人員進出方便以及所有的控制和校驗信息都能用于全部的遠程監測和組態的需要。
　　
動物園安裝了基于組件且專門在Microsoft Windows環境下運行的HMI（SCADA）軟件程序。HMI是在標準的個人計算機上運行的，用來發揮監控和報警作用，并且使操作人員能夠實現對整個系統的控制，其中包括通過基于Rockwell的DeviceNet冗余監控網絡（一種將景點建筑物相連在一起的網絡）通信。
　　
動物園也利用AC驅動裝置控制空調機組的風扇。這些成套裝置監測不同的空氣壓力并控制氣流流速，使動物生活的場所保持符合規定要求和臨界的恒定空氣流動。
　　
八個基金會H1現場總線網段連接所有的過程儀表，而三個DeviceNet網段負責電機控制通信。來自現場總線儀表的數據進入可編程的自動化控制器，它自動調節冷卻器設定點并且向驅動裝置發出信號，根據環境和化學測量結果提高或降低泵速。全數字系統的精確度允許進行有效調整，實現化學平衡。
　　
為了保證水質正常和透明，動物園安裝了循環泵儀表，檢測動物水池內的化學物質并使它們循環流動，通過一系列40多臺泵使化學物質達到預先設定的程度。此外，水池的工藝管道內的pH傳感器檢測流入和流出水池的水質，并且借助于現場總線通信將測量結果送回控制器。
　　
控制系統也利用現場測量結果防止殘余的臭氧進入動物水池。可編程序的自動化控制器利用數字傳感器信息，保持設定點所需的泵和閥門設定值的最佳組合。增強的PID功能和先進過程控制策略確定那些電機所需的轉速。DeviceNet將自動化控制器連接到控制電機的AC驅動裝置，使水和空氣根據需要循環流動。
　　
動物園工作人員依靠數字現場設備提供的數據，結合控制器內的運行信息設定報警值，通過信號告知出現了不正常或超出限度的現象。所有數字現場設備發揮作用也使技術人員掌握諸如濕度、流量和電機性能等趨勢數據，從中發現問題并且制定有效的維護計劃。
　　
數字控制系統取得成功
　　
對于孟菲斯動物園來說，集成電機和過程自動化的數字系統在許多方面取得了成功。系統強大的報警和遠程監控能力使需要在現場檢測設備運行工況的工作人員的數量減少了，每年單單在人工成本上減省支出高達80，000美元。
　　
動物園通過采用數字儀表和工業控制設備，也在系統投運時間上縮短了三到四個星期；而且由于它們擁有靈活連接能力，因此系統的安裝時間減少了六到八個星期。總的安裝成本減少了大約100，000美元。
　　
由于采用的是數字網絡和數字設備，技術人員沒有必要為每臺單獨的I/O布線。而且，他們能夠使儀表驅動裝置和配套的電機控制裝置實現遠程組態，所有這些條件節省了大量的安裝時間。
　　
數字自動化解決方案在具體實施過程中，安裝、維護和運行費用到目前為止節省了180，000美元。
　　
結論
　　
由于孟菲斯動物園的西北通道景點采用了智能電機控制和數字現場總線技術，來到該景點游玩將成為一次令人愉快的經歷。
　　
了解更多信息
　　
如要了解基金會技術項目的更多信息，請訪問基金會現場總線網站（www.fieldbus.org）上的項目資源網頁。