應(yīng)用背景
我國水資源不足，水污染嚴(yán)重。我國水資源總量為2。81億立方米，在世界上位居第6位，但由于人口多，水均資源占有量僅列世界第88位，為世界人均占有量的1/4。中國水資源還存在時空分布不均的問題，廣大北方和沿海地區(qū)水資源嚴(yán)重不足。
中國不僅是一個水資源極其缺乏的國家，還是一個用水非常浪費的國家。據(jù)統(tǒng)計，2005年各地區(qū)萬元工業(yè)增加值用水指標(biāo)全國平均為169立方米/萬元，約為世界平均水平的4倍；中國的水污染狀況日益嚴(yán)重，Ⅰ類——Ⅲ類水所占比例不足50%，隨著城市化進(jìn)程的加快，中國的水資源危機愈發(fā)嚴(yán)峻。
未來中國供水和污水市場的需求巨大。污水處理方面，根據(jù)國家環(huán)?？偩值囊?guī)劃，全國同期需要建設(shè)污水廠677座，將有3000億元左右資金投向污水處理設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。國有產(chǎn)權(quán)改革和水務(wù)市場化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來的合資、并購發(fā)展機會。中國現(xiàn)有供水企業(yè)區(qū)域經(jīng)營分散特性，將為各類水務(wù)投資公司的購并發(fā)展帶來巨大的潛在市場機遇。此外，水價形成機制的合理化和改革，水務(wù)項目運營的改善、管理水平的提升和人力資源的合理配置，通過應(yīng)用新技術(shù)、新工藝與設(shè)備的運營的優(yōu)化降低運營成本，都將給專業(yè)化的投資運營商帶來較大的投資收益和管理收益。
黑龍江昊華化工有限責(zé)任公司位于齊齊哈爾市南郊。齊齊哈爾市的水利資源特點是地下水資源豐富。在平原潛水分布區(qū)，含水層調(diào)蓄能力強，補給量充沛，地下水埋藏淺，便于開發(fā)利用。齊齊哈爾市江河天然水質(zhì)好，地下水可滿足飲用水要求。因此，周圍農(nóng)村有直接打井取用地下水飲用，或者利用井水澆田灌溉的習(xí)慣。昊華化工新開工建設(shè)的“雙三十”項目，即年產(chǎn)30萬噸離子膜燒堿和30萬噸聚氯乙烯工程，是高耗水，高污染排放的項目，為保護(hù)環(huán)境資源和水資源，必須對排放的污水處理，在這個項目中，昊華化工對污水處理提出了更高的要求，經(jīng)過處理的水，要求達(dá)到《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（CJ 94-1999）》規(guī)定要求。
杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心根據(jù)黑龍江昊華化工有限責(zé)任公司 600m3/h 水處理設(shè)備招標(biāo)文件的要求，提出水處理系統(tǒng)的技術(shù)方案。水處理系統(tǒng)工藝采用：多介質(zhì)過濾 + 二級反滲透+混床系統(tǒng)工藝。處理能力為14400噸/天，年處理能力為525.6萬噸。
根據(jù)提供的原水水質(zhì)資料和對產(chǎn)品水水質(zhì)水量要求，主要工藝流程簡圖如下：
在純水系統(tǒng)的控制中，采用PLC控制方案,該系統(tǒng)有13個遠(yuǎn)程站，大約560個DI,480個DO,152路模擬量輸入，20路模擬量輸出。
客戶需求
基于本純水系統(tǒng)的設(shè)備較分散、聯(lián)動性較強、自動化要求較高等特點，本系統(tǒng)采用了目前工業(yè)過程控制系統(tǒng)中流行的分布式控制系統(tǒng)，其具有集中監(jiān)控設(shè)備，分散采集數(shù)據(jù)的特點，各分散設(shè)備間通過PLC從站將數(shù)據(jù)采集打包，并通過現(xiàn)場總線傳送到主控室的主PLC，從而實現(xiàn)了各分散設(shè)備間的聯(lián)動。本系統(tǒng)分上位操作站，下位控制站兩級。上位操作站由微機作為監(jiān)控站。下位控制站的設(shè)置是根據(jù)優(yōu)化控制，合理布局的原則視具體情況而定的，同時為方便系統(tǒng)在實施階段或運行階段進(jìn)行必須的調(diào)整及擴展，控制站考慮了一定的余量。下位控制站由PLC及擴展模塊組成。PLC控制站控制系統(tǒng)的整體運行并協(xié)調(diào)各單元設(shè)備的切換聯(lián)鎖，并負(fù)責(zé)與上位操作站的通訊。
主要實現(xiàn)功能
1） 主控系統(tǒng)的熱備；
2） 分布式I/O控制；
3） PID控制；
4） 算術(shù)四則運算；
5） 遠(yuǎn)程故障診斷；
6） 本地可視化監(jiān)控；
7） 遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控
解決方案
針對客戶提出的要求，GE智能平臺充分發(fā)揮軟硬件產(chǎn)品的特色，搭建了完美的系統(tǒng)解決方案，主要包括PAC 3i的硬件冗余系統(tǒng)，iFix的可視化組軟件，Webspace的遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控軟件：
1) PACSystems RX3i 高可靠性冗余系統(tǒng)
全新的PACSystems RX3i冗余系統(tǒng)提供熱備冗余解決方案，滿足用戶由于高昂的停機成本而需要最大化的開機運行時間。熱備冗余系統(tǒng)要求主控制器控制輸入/輸出，一旦主控制器出現(xiàn)故障的情況下，備機將接管系統(tǒng)控制。系統(tǒng)必須保持同步以便在系統(tǒng)切換的時候保證生產(chǎn)過程無擾動。
IC659CRU320的CPU支持高可用性解決方案，完全通過硬件來實現(xiàn)系統(tǒng)同步，無需軟件編程。對于同步性能來說：最多1個掃描周期實現(xiàn)冗余切換，切換的數(shù)據(jù)最多2M byte,每個掃描周期同步兩次。用戶可以選擇1或者2塊同步模塊IC695RMX128來實現(xiàn)同步，基于 GE智能平臺內(nèi)存映射技術(shù)的同步模塊IC695RMX128通過光纖直接連接同步距離最大為300米。系統(tǒng)在邏輯掃描的開始及結(jié)束時進(jìn)行同步，保持所有數(shù)據(jù)變量的同步，提供無擾切換，可配置的同步數(shù)據(jù)表，最大2Mbytes 。數(shù)據(jù)傳輸速率最快達(dá) 174 Mbytes 每秒，可手動進(jìn)行主機與備機的控制切換。
2) 傳輸可靠穩(wěn)定的Genius總線
Genius網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是GE專有的令牌通訊協(xié)議。Genius網(wǎng)絡(luò)以其安全、快速的特性廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化等領(lǐng)域自動化。
Genius總線特性：
• 點對點網(wǎng)絡(luò)
• 高速（網(wǎng)絡(luò)吞吐率）
• 強抗干擾能力，采用頻移鍵控制技術(shù)（FSK）,頻率范圍從0到460.8kHz
• 實時性好
• 遠(yuǎn)距離傳輸，信號衰減小，采用屏蔽雙絞線，最遠(yuǎn)距離可達(dá)2300米
• 支持廣播方式和報文方式通訊
• 靈活，該網(wǎng)絡(luò)既可以用于PLC之間通訊，也可以用于PLC和I/O之間通訊， 還可以混合應(yīng)用
• 簡單易用，由于該網(wǎng)絡(luò)支持廣播方式通訊，所以組態(tài)通訊非常簡單
• 可組態(tài)成雙網(wǎng)冗余
3） VersaMax I/O
VersaMax 具有革命性的模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)合了強動力和多樣性以提供在一個緊湊的控制方式中的良好表現(xiàn)。VersaMax 系列產(chǎn)品具有模塊化的結(jié)構(gòu)，直觀及無可比擬的易用性，為最終用戶節(jié)省了時間和金錢。在系統(tǒng)中，Genius網(wǎng)絡(luò)接口單元通過網(wǎng)絡(luò)將 VersaMax I/O 模塊連接到主 PLC 上，每個接口模塊有兩個網(wǎng)絡(luò)通訊接口，滿足總線冗余的要求。
4） 優(yōu)異的iFix上位組態(tài)軟件
IFIX是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過300，000套以上的軟件在全球運行。世界上許多最成功的制造商都依靠 GE智能平臺的iFIX軟件來全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在包括冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品飲料、石油天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，iFIX 獨樹一幟地集強大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成為任何生產(chǎn)環(huán)境下全面的HMI/SCADA解決方案。 利用iFIX各種領(lǐng)先的專利技術(shù)，可以幫助企業(yè)制定出更快、更有效的商業(yè)及生產(chǎn)決策，以使企業(yè)具有更強的競爭力。 下圖為昊華化工的iFix畫面。
5） 優(yōu)異的組態(tài)畫面發(fā)布軟件
WebSpace是GE另外一種Internet瘦客戶端解決方案。使用Webspace將iFIX畫面轉(zhuǎn)換成HTML文件，并通過Web服務(wù)器發(fā)布。客戶端使用標(biāo)準(zhǔn)Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實時動態(tài)數(shù)據(jù)。在操作權(quán)限足夠的情況下，可以對畫面進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。
廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)程維護(hù)和Web數(shù)據(jù)瀏覽
國內(nèi)IP地址資源相對貧乏，本項目中，有個課題就是通過ADSL網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC的遠(yuǎn)程維護(hù)和Web數(shù)據(jù)瀏覽。因為ADSL網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)IP軟件，所以要通過花生殼軟件去探明對方的IP地址，這是一個簡單問題，重要的就是PLC在工廠局域網(wǎng)條件下怎么去訪問它，怎么實現(xiàn)遠(yuǎn)程程序下載，以及遠(yuǎn)程故障診斷，是一個重要課題，該案例有效解決了這方面的課題，并實現(xiàn)了iFix畫面的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問，遠(yuǎn)程操作。
實施結(jié)果
1. 冗余系統(tǒng)操作簡單，只需組態(tài)，無需編程，運行可靠
2. PID功能塊簡單，使用它可以很好地實現(xiàn)對水量的調(diào)節(jié)
3. Genius雙網(wǎng)冗余傳輸數(shù)據(jù)可靠，網(wǎng)絡(luò)吞吐率高
4. IFIX軟件簡單易學(xué)，組態(tài)方便，圖形直觀，運行非常穩(wěn)定
5. 實現(xiàn)了對PLC的遠(yuǎn)程維護(hù)，和對組態(tài)畫面，實時數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程瀏覽分析
6. 整套系統(tǒng)運行穩(wěn)定
