PACSystems RX3i硬件冗余控制系统在黑龙江昊华化工有限责任公司600m3/h水处理中的应用_GE智能平台_PACSystems

PACSystems RX3i硬件冗余控制系统在黑龙江昊华化工有限责任公司600m3/h水处理中的应用

2012/3/18 10:06:35

应用背景
　　我国水资源不足，水污染严重。我国水资源总量为2。81亿立方米，在世界上位居第6位，但由于人口多，水均资源占有量仅列世界第88位，为世界人均占有量的1/4。中国水资源还存在时空分布不均的问题，广大北方和沿海地区水资源严重不足。
　　中国不仅是一个水资源极其缺乏的国家，还是一个用水非常浪费的国家。据统计，2005年各地区万元工业增加值用水指标全国平均为169立方米/万元，约为世界平均水平的4倍；中国的水污染状况日益严重，Ⅰ类——Ⅲ类水所占比例不足50%，随着城市化进程的加快，中国的水资源危机愈发严峻。
　　未来中国供水和污水市场的需求巨大。污水处理方面，根据国家环保总局的规划，全国同期需要建设污水厂677座，将有3000亿元左右资金投向污水处理设施建设领域。国有产权改革和水务市场化、产业化发展带来的合资、并购发展机会。中国现有供水企业区域经营分散特性，将为各类水务投资公司的购并发展带来巨大的潜在市场机遇。此外，水价形成机制的合理化和改革，水务项目运营的改善、管理水平的提升和人力资源的合理配置，通过应用新技术、新工艺与设备的运营的优化降低运营成本，都将给专业化的投资运营商带来较大的投资收益和管理收益。
　　黑龙江昊华化工有限责任公司位于齐齐哈尔市南郊。齐齐哈尔市的水利资源特点是地下水资源丰富。在平原潜水分布区，含水层调蓄能力强，补给量充沛，地下水埋藏浅，便于开发利用。齐齐哈尔市江河天然水质好，地下水可满足饮用水要求。因此，周围农村有直接打井取用地下水饮用，或者利用井水浇田灌溉的习惯。昊华化工新开工建设的“双三十”项目，即年产30万吨离子膜烧碱和30万吨聚氯乙烯工程，是高耗水，高污染排放的项目，为保护环境资源和水资源，必须对排放的污水处理，在这个项目中，昊华化工对污水处理提出了更高的要求，经过处理的水，要求达到《饮用净水水质标准（CJ 94-1999）》规定要求。
　　杭州水处理技术开发中心根据黑龙江昊华化工有限责任公司 600m3/h 水处理设备招标文件的要求，提出水处理系统的技术方案。水处理系统工艺采用：多介质过滤 + 二级反渗透+混床系统工艺。处理能力为14400吨/天，年处理能力为525.6万吨。
　　根据提供的原水水质资料和对产品水水质水量要求，主要工艺流程简图如下：

在纯水系统的控制中，采用PLC控制方案,该系统有13个远程站，大约560个DI,480个DO,152路模拟量输入，20路模拟量输出。

客户需求
　　基于本纯水系统的设备较分散、联动性较强、自动化要求较高等特点，本系统采用了目前工业过程控制系统中流行的分布式控制系统，其具有集中监控设备，分散采集数据的特点，各分散设备间通过PLC从站将数据采集打包，并通过现场总线传送到主控室的主PLC，从而实现了各分散设备间的联动。本系统分上位操作站，下位控制站两级。上位操作站由微机作为监控站。下位控制站的设置是根据优化控制，合理布局的原则视具体情况而定的，同时为方便系统在实施阶段或运行阶段进行必须的调整及扩展，控制站考虑了一定的余量。下位控制站由PLC及扩展模块组成。PLC控制站控制系统的整体运行并协调各单元设备的切换联锁，并负责与上位操作站的通讯。
　　主要实现功能
　　1）主控系统的热备；
　　2）分布式I/O控制；
　　3） PID控制；
　　4）算术四则运算；
　　5）远程故障诊断；
　　6）本地可视化监控；
　　7）远程可视化监控

解决方案
　　针对客户提出的要求，GE智能平台充分发挥软硬件产品的特色，搭建了完美的系统解决方案，主要包括PAC 3i的硬件冗余系统，iFix的可视化组软件，Webspace的远程可视化监控软件：

1) PACSystems RX3i 高可靠性冗余系统
　　全新的PACSystems RX3i冗余系统提供热备冗余解决方案，满足用户由于高昂的停机成本而需要最大化的开机运行时间。热备冗余系统要求主控制器控制输入/输出，一旦主控制器出现故障的情况下，备机将接管系统控制。系统必须保持同步以便在系统切换的时候保证生产过程无扰动。
　　IC659CRU320的CPU支持高可用性解决方案，完全通过硬件来实现系统同步，无需软件编程。对于同步性能来说：最多1个扫描周期实现冗余切换，切换的数据最多2M byte,每个扫描周期同步两次。用户可以选择1或者2块同步模块IC695RMX128来实现同步，基于 GE智能平台内存映射技术的同步模块IC695RMX128通过光纤直接连接同步距离最大为300米。系统在逻辑扫描的开始及结束时进行同步，保持所有数据变量的同步，提供无扰切换，可配置的同步数据表，最大2Mbytes 。数据传输速率最快达 174 Mbytes 每秒，可手动进行主机与备机的控制切换。
2) 传输可靠稳定的Genius总线
　　Genius网络协议是GE专有的令牌通讯协议。Genius网络以其安全、快速的特性广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化等领域自动化。
　　Genius总线特性：
　　• 点对点网络
　　• 高速（网络吞吐率）
　　• 强抗干扰能力，采用频移键控制技术（FSK）,频率范围从0到460.8kHz
　　• 实时性好
　　• 远距离传输，信号衰减小，采用屏蔽双绞线，最远距离可达2300米
　　• 支持广播方式和报文方式通讯
　　• 灵活，该网络既可以用于PLC之间通讯，也可以用于PLC和I/O之间通讯，还可以混合应用
　　• 简单易用，由于该网络支持广播方式通讯，所以组态通讯非常简单
　　• 可组态成双网冗余
3） VersaMax I/O
　　VersaMax 具有革命性的模块化结构，结合了强动力和多样性以提供在一个紧凑的控制方式中的良好表现。VersaMax 系列产品具有模块化的结构，直观及无可比拟的易用性，为最终用户节省了时间和金钱。在系统中，Genius网络接口单元通过网络将 VersaMax I/O 模块连接到主 PLC 上，每个接口模块有两个网络通讯接口，满足总线冗余的要求。
4）优异的iFix上位组态软件
　　IFIX是全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行。世界上许多最成功的制造商都依靠 GE智能平台的iFIX软件来全面监控和分布管理全厂范围的生产数据。在包括冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中，iFIX 独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案。利用iFIX各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更快、更有效的商业及生产决策，以使企业具有更强的竞争力。　下图为昊华化工的iFix画面。

5）优异的组态画面发布软件
　　WebSpace是GE另外一种Internet瘦客户端解决方案。使用Webspace将iFIX画面转换成HTML文件，并通过Web服务器发布。客户端使用标准Web浏览器就能看到SCADA Server上实时动态数据。在操作权限足够的情况下，可以对画面进行远程操作。

广域网的远程维护和Web数据浏览
　　国内IP地址资源相对贫乏，本项目中，有个课题就是通过ADSL网络实现PLC的远程维护和Web数据浏览。因为ADSL网络是动态IP软件，所以要通过花生壳软件去探明对方的IP地址，这是一个简单问题，重要的就是PLC在工厂局域网条件下怎么去访问它，怎么实现远程程序下载，以及远程故障诊断，是一个重要课题，该案例有效解决了这方面的课题，并实现了iFix画面的远程数据访问，远程操作。

实施结果
　　1. 冗余系统操作简单，只需组态，无需编程，运行可靠
　　2. PID功能块简单，使用它可以很好地实现对水量的调节
　　3. Genius双网冗余传输数据可靠，网络吞吐率高
　　4. IFIX软件简单易学，组态方便，图形直观，运行非常稳定
　　5. 实现了对PLC的远程维护，和对组态画面，实时数据的远程浏览分析
　　6. 整套系统运行稳定