GE智能平台控制系统在碳素厂和铝厂的应用加热炉

GE智能平台控制系统在碳素厂和铝厂的应用

GE智能平台控制系统在碳素厂和铝厂的应用 2011： 摘要:本文通过对山东信发铝电集团新疆农六师煤电有限公司碳素厂和电解铝厂项目中的GE 智能平台 RX3i控制系统及上位机iFIX的介绍，向读者描述GE智能平台RX3i控制系统及软件产品在碳素厂和电解铝厂应用的一套完整解决方案。关键字：GE智能平台 RX3i iFIX 碳素 电解铝 项目名称山东信发铝电集团新疆农六师煤电有限公司碳素厂和电解铝厂项目，属于有色金属行业。应用背景山东信发铝电集团有限公司始建于1972年，现有所属企业及控股公司50余家，职工15000余人，是一家集发电、供热、电解铝、氧化铝、碳素、氟化盐、中高密度板、味精、铝深加工等十大产业链条于一体的现代化大型企业集团。新疆农六师煤电有限公司是山东信发集团响应国家西部大开发的政策，于2009年六月份开始到新疆五家渠市112团投资兴建的一家集发电、再生铝、碳素、兰炭等产品于一体的大型企业。新疆农六师煤电有限公司主要包括发电厂、碳素厂和铝厂，三个主要生产厂。客户需求信发集团新疆项目是自治区、兵团重大招商引资项目。公司预计总投资300亿元人民币，建设总规模160万吨再生铝、八台36万千瓦热电机组、120万吨兰炭、60万吨碳素、36万吨沥青。公司一期工程投资70亿元人民币，建设37万吨再生铝、四台36万千瓦热电机组、60万吨兰炭、30万吨碳素及电器开关、保温材料、氧气乙炔、铝深加工等其他配套项目。项目由前期的筹建阶段进入了实质性建设阶段的时间较短，全体公司领导班子的带领下，公司上下团结一心，艰苦奋战，力争2010年7月一期工程正式投产。由于时间的紧迫，客户不仅仅需要可靠的控制系统产品，更需要易于掌握、集成、扩展、技术先进的控制系统，并且该系统也易于维护，以降低后期的运行成本。同时客户也提出了新的要求，不但要实现设备的区域监控，也希望能够实现全厂的集中监控。在保证系统功能的前提下，希望平台提供商能够提供较为经济的系统软件解决方案。解决方案为了满足客户的需求，要一套可靠性高、易于操作、维护方便、性价比高的一套自动化控制系统。结合GE 智能平台的先进控制器产品的特点，GE 智能平台沈阳办事处的工作人员积极同设计院、用户技术负责人员进行技术交流，给出了一套适合于用户需求的自动化控制系统方案。碳素厂和铝厂大致包括以下工艺流程：电解烟气净化、超浓相输送、氧化铝仓库及输送系统、原料仓库、煅烧车间、沥青熔化、生阳极车间、焙烧及炭块库、阳极组装及残极处理、电解空压站、碳素空压站、余热蒸汽锅炉房、余热热媒锅炉及泵房、电解净化循环水、整流所循环水、铸造循环水、煅烧循环水、生阳极循环水、组装循环水、焙烧净化循环水、空压站循环水、全厂加压泵房、生活污水处理站、生产废水处理站等等。该项目中使用GE智能平台RX3i系统控制的设备大致有：4000L预热式混捏锅 8个，使用8套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O系统来实现控制；2台12t/h风扫式球磨机，使用2套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O系统来实现控制；1台5t/h 500T型残极破碎机，使用1套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O系统来实现控制；5台300t/h气垫式皮带输送机使用5套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O系统来实现控制；余热锅炉，使用RX3i单机控制器及其I/O实现控制；蒸汽锅炉，使用RX3i单机控制器及其I/O实现控制；浇铸机，使用RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O实现控制；3台 40t/h 双齿辊破碎机，使用3套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O实现控制；4台1848型 40t/h振动筛，使用4套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O实现控制；2台1648型 20t/h振动筛，使用2套RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O实现控制；3套使用RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O控制的编组机组 ；1台 10t/h PF1007型反击式破碎机 ，使用 RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O实现控制；2台 35t/h鄂式破碎机，使用RX3i单机控制器及VersaMax 远程I/O实现控制；3台58室焙烧炉 共使用了51套90-30单机控制器及90-30系列I/O模块。此外在电解、焙烧烟气净化系统，堆垛天车控制系统、悬链控制系统中也使用了GE智能平台RX3i单机控制系统。在阳极组装工艺段中还使用GE智能平台VersaMation运动控制器及Quick panel View触摸屏产品。根据碳素厂和铝厂工艺流程和结构，控系统主要分为三个层次。这三层次是上位机监控平台层、现场设备控制层及I/O网络层。这三个层次分别使用了GE 智能平台的软件、RX3i 高性能、先进控制系统以及RX3i 本地I/O系统和VersaMax 远程I/O系统来实现控制。解决方案可大致分为以下三个部分。§高速以太通讯网络。§RX3i 高性能、先进控制控制器及其RX3i本地I/O系统和VersaMax 远程I/O系统。§上位机操作员站和工程师维护工作站。系统结构图可以参见图1和图2所示。

图1 电解铝厂系统结构图

图2 碳素厂系统结构图

1、高速以太通讯网络以太网通讯快速地发展与广泛地普及，其无可比拟的高速与互联互通的优势，使以太网通讯成为目前世界上工业控制领域高速通讯的事实标准与未来通讯的发展趋势。工业以太网以其特有的低成本，高实效，高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业的厂商。GE IP 自动化产品很好地支持工业以太网通讯，可以用于控制层设备之间、控制层与远程I/O 之间、控制层与人机界面HMI/触摸屏之间的通讯。GE IP 工业以太网通讯产品支持以下工业以太网协议：·􀁹 SRTP TCP/IP 协议·􀁹 EGD 协议·􀁹 Modbus TCP/IP 协议在本列应用中，主要采用SRTP TCP/IP 协议。SRTP TCP/IP 协议，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 结构、Request/Reply 方式进行以太网通讯，Client 对Server 发出读/写数据Request，Server 对Client 返回相应Reply。SRTP TCP/IP 协议可以用于GE IP 产品的控制器间数据通讯、编程组态下载、控制器与HMI通讯等。SRTP TCP/IP 协议支持通用型的Hub、Switch、Router产品。 2、RX3i 高性能、先进控制控制器及其本地I/O系统和VersaMax远程I/O系统。作为GE 智能平台新一代的过程自动化控制器，PAC系统在操作系统之上设计了一个通用的、适合于多平台的(包括硬件平台和操作系统平台)、便于移植的、轻便的控制引擎(control engine)，集成了包括逻辑控制、运动控制、过程控制和人机界面在内的多领域解决方案，从而保证使用PAC系统的用户可以使其编制的应用程序获得最大的应用收益，并且还可以方便地优化其自动化平台，从而不需重新设计整个系统，就可以不断获得越升的系统性能。此外,GE智能平台的RX3i控制系统还具有以下的应用优点：标配Intel Pentium III 300和1000MHz CPU处理器，CPU内部集成10M或64M用户内存,应用标准的工业PCI总线标准，使用12或16槽PCI机架，底板速度提高到27M,真正支持热插拔使用。使用PCI总线底板来支持高速PCI数据传输率，支持标准底板使第三方可以方便的开发I/O、通信、动作控制、可视和其它模块。RX3i底板也可匹配90™-30系列I/O模块。RX3i控制系统提供了丰富的I/O接口模块（包括智能型I/O接口模块和非智能型I/O接口模块）,适合于从简单到复杂的应用。此外系统还提供了多种网络通讯模块，如以太网通讯模块IC695ETM001，PROFIBUS总线通讯模块IC695PBM300和IC695PBS301。VersaMax PLC是一种更易于使用、价格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了广泛的I/O模块、电源模块和通讯模块。通讯支持TCP/IP以太网、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU协议。模块具有带电热插拔功能。多种类型的底座和接插式端子提供了接线的灵活性。3、上位机操作员站和工程师维护工作站

图3 悬链系统操作画面

此系统中设立了5台机操作员站HMI站和一台工程师维护工作站。操作员站上安装并运行PROFICY HMI/SCADA-iFIX 软件，作为原GE智能平台的工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA解决方案，强大的VBA脚本功能和灵活易学的特点，使得其在国内外有着广泛的用户群。其真正的分布式、客户/服务器结构包括可灵活构造的服务器（SCADA Server）和客户端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer），无论是客户端应用，还是第三方或用户自定义应用均可读取SCADA Server实时数据，实现实时动态画面、趋势、报表、批次控制、MES等应用。这些应用既可以与SCADA Server运行在同一台计算机；也可通过Intranet、Internet 分布在网络中不同的Server或Client节点上运行，十分适合多节点系统的应用。无论是 Server和Client 功能运行在单一计算机，实现简单的单机人机界面 (HMI)，还是网络复杂的分布式多Server和多Client数据采集和控制系统，iFIX都表现出优异的性能。该产品非常易于使用，同时又适合于实时控制和监视，可以将它配置成从单个节点到多节点的网络系统形成不同的规模，具有很强的可扩展性。PROFICY HMI/SCADA- iFIX软件能够应用在各种不同类型的工业生产过程中，诸如汽车，航天，石油与天然气，化工，石化，食品加工，饮料，制药，纸浆与造纸，管线，金属，水与废水处理，交通以及其它行业。

图4 煅烧炉系统监控画面

工程师站上除安装了PROFICY HMI/SCADA- iFIX 软件，还安装了控制器编程组态软件：Proficy Logic Developer-PLC。用来开发和维护系统的应用软件。

图5 空压站及循环水系统监控画面

GE 智能平台的开发的Historian数据库，具有分布式的数据采集，C/S结构，可在多种环境下运行，高效的数据存储方式，具有丰富的客户端数据处理和分析工具，可扩展的数据协同应用，并且提供ODBC/JDBC/OLE DB接口以及工业标准规范OPC和DDE，提供图形化的应用开发界面，支持WEB访问方案，提供报表开发工具等优异特性，所以成为企业底层控制网络和上层管理信息系统网络连接的最佳选择。IH数据库是一个模块化软件系统，主要分为客户端模块和服务器端模块，客户端模块负责实时数据的采集，服务器端模块负责数据采集设置、压缩、存储等工作。历史数据的查询、趋势功能帮助工厂人员关注解决问题和优化工厂性能，而不是简单地跟踪数据。当一个严重的问题发生时，工厂人员可以快速地访问来自服务器端中存储的数据，同时使用简单的拖拽技术建立一个数据趋势显示，从而快速和有效地说明工艺问题。实施结果通过与GE 智能平台的合作，由于控制器产品的可靠性和稳定性，以及软件产品的易于使用性，缩短了项目开发周期，节约了项目实施成本，该项目一期已于2010年7月中旬投产，提高了工厂运行效益。该项目一期投产后，形成的产值将超过160亿元，利税超过16亿元，将极大拉动当地经济的发展，促进发展当地工业，促进少数民族地区的繁荣和稳定，能提供更多的就业机会，经济效益和社会效益显著。同时也为GE 智能平台控制器产品和软件产品在电解铝生产、碳素生产领域中的应用提供了良好的开端。

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