應用背景
我國水資源不足，水污染嚴重。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?jì)H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(shí)空分布不均的問(wèn)題，廣大北方和沿海地區水資源嚴重不足。
中國不僅是一個(gè)水資源極其缺乏的國家，還是一個(gè)用水非常浪費的國家。據統計，2005年各地區萬(wàn)元工業(yè)增加值用水指標全國平均為169立方米/萬(wàn)元，約為世界平均水平的4倍；中國的水污染狀況日益嚴重，Ⅰ類(lèi)——Ⅲ類(lèi)水所占比例不足50%，隨著(zhù)城市化進(jìn)程的加快，中國的水資源危機愈發(fā)嚴峻。
未來(lái)中國供水和污水市場(chǎng)的需求巨大。污水處理方面，根據國家環(huán)?？偩值囊巹?，全國同期需要建設污水廠(chǎng)677座，將有3000億元左右資金投向污水處理設施建設領(lǐng)域。國有產(chǎn)權改革和水務(wù)市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來(lái)的合資、并購發(fā)展機會(huì )。中國現有供水企業(yè)區域經(jīng)營(yíng)分散特性，將為各類(lèi)水務(wù)投資公司的購并發(fā)展帶來(lái)巨大的潛在市場(chǎng)機遇。此外，水價(jià)形成機制的合理化和改革，水務(wù)項目運營(yíng)的改善、管理水平的提升和人力資源的合理配置，通過(guò)應用新技術(shù)、新工藝與設備的運營(yíng)的優(yōu)化降低運營(yíng)成本，都將給專(zhuān)業(yè)化的投資運營(yíng)商帶來(lái)較大的投資收益和管理收益。
黑龍江昊華化工有限責任公司位于齊齊哈爾市南郊。齊齊哈爾市的水利資源特點(diǎn)是地下水資源豐富。在平原潛水分布區，含水層調蓄能力強，補給量充沛，地下水埋藏淺，便于開(kāi)發(fā)利用。齊齊哈爾市江河天然水質(zhì)好，地下水可滿(mǎn)足飲用水要求。因此，周?chē)r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慣。昊華化工新開(kāi)工建設的“雙三十”項目，即年產(chǎn)30萬(wàn)噸離子膜燒堿和30萬(wàn)噸聚氯乙烯工程，是高耗水，高污染排放的項目，為保護環(huán)境資源和水資源，必須對排放的污水處理，在這個(gè)項目中，昊華化工對污水處理提出了更高的要求，經(jīng)過(guò)處理的水，要求達到《飲用凈水水質(zhì)標準（CJ 94-1999）》規定要求。
杭州水處理技術(shù)開(kāi)發(fā)中心根據黑龍江昊華化工有限責任公司 600m3/h 水處理設備招標文件的要求，提出水處理系統的技術(shù)方案。水處理系統工藝采用：多介質(zhì)過(guò)濾 + 二級反滲透+混床系統工藝。處理能力為14400噸/天，年處理能力為525.6萬(wàn)噸。
根據提供的原水水質(zhì)資料和對產(chǎn)品水水質(zhì)水量要求，主要工藝流程簡(jiǎn)圖如下：
在純水系統的控制中，采用PLC控制方案,該系統有13個(gè)遠程站，大約560個(gè)DI,480個(gè)DO,152路模擬量輸入，20路模擬量輸出。
客戶(hù)需求
基于本純水系統的設備較分散、聯(lián)動(dòng)性較強、自動(dòng)化要求較高等特點(diǎn)，本系統采用了目前工業(yè)過(guò)程控制系統中流行的分布式控制系統，其具有集中監控設備，分散采集數據的特點(diǎn)，各分散設備間通過(guò)PLC從站將數據采集打包，并通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳送到主控室的主PLC，從而實(shí)現了各分散設備間的聯(lián)動(dòng)。本系統分上位操作站，下位控制站兩級。上位操作站由微機作為監控站。下位控制站的設置是根據優(yōu)化控制，合理布局的原則視具體情況而定的，同時(shí)為方便系統在實(shí)施階段或運行階段進(jìn)行必須的調整及擴展，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控制站控制系統的整體運行并協(xié)調各單元設備的切換聯(lián)鎖，并負責與上位操作站的通訊。
主要實(shí)現功能
1） 主控系統的熱備；
2） 分布式I/O控制；
3） PID控制；
4） 算術(shù)四則運算；
5） 遠程故障診斷；
6） 本地可視化監控；
7） 遠程可視化監控
解決方案
針對客戶(hù)提出的要求，GE智能平臺充分發(fā)揮軟硬件產(chǎn)品的特色，搭建了完美的系統解決方案，主要包括PAC 3i的硬件冗余系統，iFix的可視化組軟件，Webspace的遠程可視化監控軟件：
1) PACSystems RX3i 高可靠性冗余系統
全新的PACSystems RX3i冗余系統提供熱備冗余解決方案，滿(mǎn)足用戶(hù)由于高昂的停機成本而需要最大化的開(kāi)機運行時(shí)間。熱備冗余系統要求主控制器控制輸入/輸出，一旦主控制器出現故障的情況下，備機將接管系統控制。系統必須保持同步以便在系統切換的時(shí)候保證生產(chǎn)過(guò)程無(wú)擾動(dòng)。
IC659CRU320的CPU支持高可用性解決方案，完全通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現系統同步，無(wú)需軟件編程。對于同步性能來(lái)說(shuō)：最多1個(gè)掃描周期實(shí)現冗余切換，切換的數據最多2M byte,每個(gè)掃描周期同步兩次。用戶(hù)可以選擇1或者2塊同步模塊IC695RMX128來(lái)實(shí)現同步，基于 GE智能平臺內存映射技術(shù)的同步模塊IC695RMX128通過(guò)光纖直接連接同步距離最大為300米。系統在邏輯掃描的開(kāi)始及結束時(shí)進(jìn)行同步，保持所有數據變量的同步，提供無(wú)擾切換，可配置的同步數據表，最大2Mbytes 。數據傳輸速率最快達 174 Mbytes 每秒，可手動(dòng)進(jìn)行主機與備機的控制切換。
2) 傳輸可靠穩定的Genius總線(xiàn)
Genius網(wǎng)絡(luò )協(xié)議是GE專(zhuān)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(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域自動(dòng)化。
Genius總線(xiàn)特性：
• 點(diǎn)對點(diǎn)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(shí)時(shí)性好
• 遠距離傳輸，信號衰減小，采用屏蔽雙絞線(xiàn)，最遠距離可達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， 還可以混合應用
• 簡(jiǎn)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(jiǎn)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構，結合了強動(dòng)力和多樣性以提供在一個(gè)緊湊的控制方式中的良好表現。VersaMax 系列產(chǎn)品具有模塊化的結構，直觀(guān)及無(wú)可比擬的易用性，為最終用戶(hù)節省了時(shí)間和金錢(qián)。在系統中，Genius網(wǎng)絡(luò )接口單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將 VersaMax I/O 模塊連接到主 PLC 上，每個(gè)接口模塊有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )通訊接口，滿(mǎn)足總線(xiàn)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(dòng)化監控組態(tài)軟件，已有超過(guò)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(lái)全面監控和分布管理全廠(chǎng)范圍的生產(chǎn)數據。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)應用當中，iFIX 獨樹(shù)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(zhuān)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?！∠聢D為昊華化工的iFix畫(huà)面。
5） 優(yōu)異的組態(tài)畫(huà)面發(fā)布軟件
WebSpace是GE另外一種Internet瘦客戶(hù)端解決方案。使用Webspace將iFIX畫(huà)面轉換成HTML文件，并通過(guò)Web服務(wù)器發(fā)布?？蛻?hù)端使用標準Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數據。在操作權限足夠的情況下，可以對畫(huà)面進(jìn)行遠程操作。
廣域網(wǎng)的遠程維護和Web數據瀏覽
國內IP地址資源相對貧乏，本項目中，有個(gè)課題就是通過(guò)ADSL網(wǎng)絡(luò )實(shí)現PLC的遠程維護和Web數據瀏覽。因為ADSL網(wǎng)絡(luò )是動(dòng)態(tài)IP軟件，所以要通過(guò)花生殼軟件去探明對方的IP地址，這是一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題，重要的就是PLC在工廠(chǎng)局域網(wǎng)條件下怎么去訪(fǎng)問(wèn)它，怎么實(shí)現遠程程序下載，以及遠程故障診斷，是一個(gè)重要課題，該案例有效解決了這方面的課題，并實(shí)現了iFix畫(huà)面的遠程數據訪(fǎng)問(wèn)，遠程操作。
實(shí)施結果
1. 冗余系統操作簡(jiǎn)單，只需組態(tài)，無(wú)需編程，運行可靠
2. PID功能塊簡(jiǎn)單，使用它可以很好地實(shí)現對水量的調節
3. Genius雙網(wǎng)冗余傳輸數據可靠，網(wǎng)絡(luò )吞吐率高
4. IFIX軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，組態(tài)方便，圖形直觀(guān)，運行非常穩定
5. 實(shí)現了對PLC的遠程維護，和對組態(tài)畫(huà)面，實(shí)時(shí)數據的遠程瀏覽分析
6. 整套系統運行穩定
