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摘要:
本文通過對山東信發鋁電集團新疆農六師煤電有限公司碳素廠和電解鋁廠項目中的GE 智能平臺 RX3i控制系統及上位機iFIX的介紹，向讀者描述GE智能平臺RX3i控制系統及軟件產品在碳素廠和電解鋁廠應用的一套完整解決方案。
關鍵字：GE智能平臺 RX3i iFIX 碳素 電解鋁
項目名稱
山東信發鋁電集團新疆農六師煤電有限公司碳素廠和電解鋁廠項目，屬于有色金屬行業。
應用背景
山東信發鋁電集團有限公司始建于1972年，現有所屬企業及控股公司50余家，職工15000余人，是一家集發電、供熱、電解鋁、氧化鋁、碳素、氟化鹽、中高密度板、味精、鋁深加工等十大產業鏈條于一體的現代化大型企業集團。
新疆農六師煤電有限公司是山東信發集團響應國家西部大開發的政策，于2009年六月份開始到新疆五家渠市112團投資興建的一家集發電、再生鋁、碳素、蘭炭等產品于一體的大型企業。新疆農六師煤電有限公司主要包括發電廠、碳素廠和鋁廠，三個主要生產廠。
客戶需求
信發集團新疆項目是自治區、兵團重大招商引資項目。公司預計總投資300億元人民幣，建設總規模160萬噸再生鋁、八臺36萬千瓦熱電機組、120萬噸蘭炭、60萬噸碳素、36萬噸瀝青。公司一期工程投資70億元人民幣，建設37萬噸再生鋁、四臺36萬千瓦熱電機組、60萬噸蘭炭、30萬噸碳素及電器開關、保溫材料、氧氣乙炔、鋁深加工等其他配套項目。項目由前期的籌建階段進入了實質性建設階段的時間較短，全體公司領導班子的帶領下，公司上下團結一心，艱苦奮戰，力爭2010年7月一期工程正式投產。
由于時間的緊迫，客戶不僅僅需要可靠的控制系統產品，更需要易于掌握、集成、擴展、技術先進的控制系統，并且該系統也易于維護，以降低后期的運行成本。同時客戶也提出了新的要求，不但要實現設備的區域監控，也希望能夠實現全廠的集中監控。在保證系統功能的前提下，希望平臺提供商能夠提供較為經濟的系統軟件解決方案。
解決方案
為了滿足客戶的需求，要一套可靠性高、易于操作、維護方便、性價比高的一套自動化控制系統。結合GE 智能平臺的先進控制器產品的特點，GE 智能平臺沈陽辦事處的工作人員積極同設計院、用戶技術負責人員進行技術交流，給出了一套適合于用戶需求的自動化控制系統方案。
碳素廠和鋁廠大致包括以下工藝流程：電解煙氣凈化、超濃相輸送、氧化鋁倉庫及輸送系統、原料倉庫、煅燒車間、瀝青熔化、生陽極車間、焙燒及炭塊庫、陽極組裝及殘極處理、電解空壓站、碳素空壓站、余熱蒸汽鍋爐房、余熱熱媒鍋爐及泵房、電解凈化循環水、整流所循環水、鑄造循環水、煅燒循環水、生陽極循環水、組裝循環水、焙燒凈化循環水、空壓站循環水、全廠加壓泵房、生活污水處理站、生產廢水處理站等等。該項目中使用GE智能平臺RX3i系統控制的設備大致有：4000L預熱式混捏鍋 8個，使用8套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O系統來實現控制；2臺12t/h風掃式球磨機，使用2套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O系統來實現控制；1臺5t/h 500T型殘極破碎機，使用1套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O系統來實現控制；5臺300t/h氣墊式皮帶輸送機使用5套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O系統來實現控制；余熱鍋爐，使用RX3i單機控制器及其I/O實現控制；蒸汽鍋爐，使用RX3i單機控制器及其I/O實現控制；澆鑄機，使用RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O實現控制；3臺 40t/h 雙齒輥破碎機，使用3套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O實現控制；4臺1848型 40t/h振動篩，使用4套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O實現控制；2臺1648型 20t/h振動篩，使用2套RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O實現控制；3套使用RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O控制的編組機組 ；1臺 10t/h PF1007型反擊式破碎機 ，使用 RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O實現控制；2臺 35t/h鄂式破碎機，使用RX3i單機控制器及VersaMax 遠程I/O實現控制；3臺58室焙燒爐 共使用了51套90-30單機控制器及90-30系列I/O模塊。
此外在電解、焙燒煙氣凈化系統，堆垛天車控制系統、懸鏈控制系統中也使用了GE智能平臺RX3i單機控制系統。在陽極組裝工藝段中還使用GE智能平臺VersaMation運動控制器及Quick panel View觸摸屏產品。
根據碳素廠和鋁廠工藝流程和結構，控系統主要分為三個層次。這三層次是上位機監控平臺層、現場設備控制層及I/O網絡層。這三個層次分別使用了GE 智能平臺的軟件、RX3i 高性能、先進控制系統以及RX3i 本地I/O系統和VersaMax 遠程I/O系統來實現控制。解決方案可大致分為以下三個部分。
- 高速以太通訊網絡。
- RX3i 高性能、先進控制控制器及其RX3i本地I/O系統和VersaMax 遠程I/O系統。
- 上位機操作員站和工程師維護工作站。
系統結構圖可以參見圖1和圖2所示。
圖1 電解鋁廠系統結構圖
圖2 碳素廠系統結構圖
1、高速以太通訊網絡
以太網通訊快速地發展與廣泛地普及，其無可比擬的高速與互聯互通的優勢，使以太網通訊成為目前世界上工業控制領域高速通訊的事實標準與未來通訊的發展趨勢。
工業以太網以其特有的低成本，高實效，高擴展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業的廠商。
GE IP 自動化產品很好地支持工業以太網通訊，可以用于控制層設備之間、控制層與遠程I/O 之間、控制層與人機界面HMI/觸摸屏之間的通訊。GE IP 工業以太網通訊產品支持以下工業以太網協議：
- ?? SRTP TCP/IP 協議
- ?? EGD 協議
- ?? Modbus TCP/IP 協議
在本列應用中，主要采用SRTP TCP/IP 協議。SRTP TCP/IP 協議，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 結構、Request/Reply 方式進行以太網通訊，Client 對Server 發出讀/寫數據Request，Server 對Client 返回相應Reply。SRTP TCP/IP 協議可以用于GE IP 產品的控制器間數據通訊、編程組態下載、控制器與HMI通訊等。
SRTP TCP/IP 協議支持通用型的Hub、Switch、Router產品。
2、RX3i 高性能、先進控制控制器及其本地I/O系統和VersaMax
遠程I/O系統。
作為GE 智能平臺新一代的過程自動化控制器，PAC系統在操作系統之上設計了一個通用的、適合于多平臺的(包括硬件平臺和操作系統平臺)、便于移植的、輕便的控制引擎(control engine)，集成了包括邏輯控制、運動控制、過程控制和人機界面在內的多領域解決方案，從而保證使用PAC系統的用戶可以使其編制的應用程序獲得最大的應用收益，并且還可以方便地優化其自動化平臺，從而不需重新設計整個系統，就可以不斷獲得越升的系統性能。
此外,GE智能平臺的RX3i控制系統還具有以下的應用優點：標配Intel Pentium III 300和1000MHz CPU處理器，CPU內部集成10M或64M用戶內存,應用標準的工業PCI總線標準，使用12或16槽PCI機架，底板速度提高到27M,真正支持熱插拔使用。使用PCI總線底板來支持高速PCI數據傳輸率，支持標準底板使第三方可以方便的開發I/O、通信、動作控制、可視和其它模塊。RX3i底板也可匹配90™-30系列I/O模塊。
RX3i控制系統提供了豐富的I/O接口模塊（包括智能型I/O接口模塊和非智能型I/O接口模塊）,適合于從簡單到復雜的應用。此外系統還提供了多種網絡通訊模塊，如以太網通訊模塊IC695ETM001，PROFIBUS總線通訊模塊IC695PBM300和IC695PBS301。
VersaMax PLC是一種更易于使用、價格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了廣泛的I/O模塊、電源模塊和通訊模塊。通訊支持TCP/IP以太網、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU協議。模塊具有帶電熱插拔功能。多種類型的底座和接插式端子提供了接線的靈活性。
3、上位機操作員站和工程師維護工作站
圖3 懸鏈系統操作畫面
此系統中設立了5臺機操作員站HMI站和一臺工程師維護工作站。
操作員站上安裝并運行PROFICY HMI/SCADA-iFIX 軟件，作為原GE智能平臺的工業自動化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA解決方案，強大的VBA腳本功能和靈活易學的特點，使得其在國內外有著廣泛的用戶群。其真正的分布式、客戶/服務器結構包括可靈活構造的服務器（SCADA Server）和客戶端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer），無論是客戶端應用，還是第三方或用戶自定義應用均可讀取SCADA Server實時數據，實現實時動態畫面、趨勢、報表、批次控制、MES等應用。這些應用既可以與SCADA Server運行在同一臺計算機；也可通過Intranet、Internet 分布在網絡中不同的Server或Client節點上運行，十分適合多節點系統的應用。無論是 Server和Client 功能運行在單一計算機，實現簡單的單機人機界面 (HMI)，還是網絡復雜的分布式多Server和多Client數據采集和控制系統，iFIX都表現出優異的性能。該產品非常易于使用，同時又適合于實時控制和監視，可以將它配置成從單個節點到多節點的網絡系統形成不同的規模，具有很強的可擴展性。
PROFICY HMI/SCADA- iFIX軟件能夠應用在各種不同類型的工業生產過程中，諸如汽車，航天，石油與天然氣，化工，石化，食品加工，飲料，制藥，紙漿與造紙，管線，金屬，水與廢水處理，交通以及其它行業。
圖4 煅燒爐系統監控畫面
工程師站上除安裝了PROFICY HMI/SCADA- iFIX 軟件，還安裝了控制器編程組態軟件：Proficy Logic Developer-PLC。用來開發和維護系統的應用軟件。
圖5 空壓站及循環水系統監控畫面
GE 智能平臺的開發的Historian數據庫，具有分布式的數據采集，C/S結構，可在多種環境下運行，高效的數據存儲方式，具有豐富的客戶端數據處理和分析工具，可擴展的數據協同應用，并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工業標準規范OPC和DDE，提供圖形化的應用開發界面，支持WEB訪問方案，提供報表開發工具等優異特性，所以成為企業底層控制網絡和上層管理信息系統網絡連接的最佳選擇。IH數據庫是一個模塊化軟件系統，主要分為客戶端模塊和服務器端模塊，客戶端模塊負責實時數據的采集，服務器端模塊負責數據采集設置、壓縮、存儲等工作。
歷史數據的查詢、趨勢功能幫助工廠人員關注解決問題和優化工廠性能，而不是簡單地跟蹤數據。當一個嚴重的問題發生時，工廠人員可以快速地訪問來自服務器端中存儲的數據，同時使用簡單的拖拽技術建立一個數據趨勢顯示，從而快速和有效地說明工藝問題。
實施結果
通過與GE 智能平臺的合作，由于控制器產品的可靠性和穩定性，以及軟件產品的易于使用性，縮短了項目開發周期，節約了項目實施成本，該項目一期已于2010年7月中旬投產，提高了工廠運行效益。該項目一期投產后，形成的產值將超過160億元，利稅超過16億元，將極大拉動當地經濟的發展，促進發展當地工業，促進少數民族地區的繁榮和穩定，能提供更多的就業機會，經濟效益和社會效益顯著。同時也為GE 智能平臺控制器產品和軟件產品在電解鋁生產、碳素生產領域中的應用提供了良好的開端。
關于GE智能平臺
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