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羅克韋爾自動化

1　項目背景

對于游客來說，夏威夷以其迷人的海灘、美味的當地菜肴和無限貼近大自然而聞名。但夏威夷還是地球上最孤立的島鏈，120多萬人在該州美麗的六個主島上常年居住，他們的日常生活都需要電。

夏威夷“大島”比其它五個島的面積總和還要大，是美國最大的島嶼。事實上，由于島上有一座名為基拉韋厄的活火山，大島還在繼續變大。島上的居民和公司都依靠著 Keahole電廠來提供電力，正是由于他的存在，夏威夷州才從舊時的夏威夷王國變成一個現代化的州。

2　面臨的挑戰

Keahole電廠位于夏威夷大島上的凱路亞-可納，是該島上最大的工廠，有三臺燃氣輪機，每年可生成大約2.4億度電，接近全島發電量的四分之一。

Keahole 電廠有三臺燃氣輪機，每年可產生大約2.4 億度電

過去，該公司超過50%的停產時間都是由透平機供電的控制系統出現故障引起的。“原始的透平控制系統完全專有，還面臨著整體淘汰的局面，替換零件基本上不存在。如果一些零件發生故障，而我們又無法用萬能工具卡修復，那么就需要請一位控制工程師坐飛機過來處理故障，這樣做可能花費數萬美元。”HELCO的生產部經理NormanVerbanic說。

由于位置過于孤立，維修零件要兩天以上的時間才能到達。控制工程師從其他國家/地區飛到島上來耗時更久。因此，Keahole電廠在那段時間里減產接近50%。為了提高正常運行時間比例，Keahole電廠需要一個具有開放式架構的新透平控制系統，這樣電廠的員工就可以自行處理故障并進行優化，無需求助于外部專家。

3　解決方案

在Verbanic和他的團隊決定替換他們過時的透平控制系統后，他們迅速鎖定了羅克韋爾自動化的PlantPAx過程自動化系統。PlantPAx系統基于羅克韋爾自動化的集成架構平臺，可以提供統一的過程、離散和信息解決方案。整個系統使用羅克韋爾自動化軟件提供的 RSLogix 5000軟件進行配置，并通過ControlNet網絡與I/O輸入通信，而第三方操作員界面則可通過EtherNet/IP網絡進行通信。

“我們也曾把目光投向其他傳統的DCS供應商，但是他們的系統都是專有、封閉的系統，備件、維護和支持協議也都十分昂貴。”Verbanic說。“我們熟悉羅克韋爾自動化的產品，并且了解我們可以自行對PlantPAx系統進行故障處理、維護和優化。”

PlantPAx 系統可控制整個工廠，從透平機、鍋爐和發電機到水處理、汽輪機和排放系統，以及大部分電站輔助設備應用

Wood Group是羅克韋爾自動化合作伙伴聯盟的授權系統集成商，他們承接了新透平控制系統的安裝工作。“我們將PlantPAx系統與所有其它DCS系統進行了比較，旨在證明 PlantPAx系統支持高帶寬和快速執行速率，能夠滿足高速航改式燃氣輪機的要求。”WoodGroup控制部門項目經理Clark Weaver說。

在Keahole電廠，Wood Group的工程師保留了先前控制系統的原始I/O，但是移除了此前引發許多問題的原始處理器。“我們的原始系統是一種三重冗余系統，每臺透平機都配有三個獨立的處理器和I/O卡，”Verbanic解釋道。“在新系統下，我們可以利用原始的三重I/O現場設備，并使其搭配一些針對簡單PlantPAx處理器簡化的新型三重I/O模塊。這樣可以在簡化系統架構的同時保護過程正常運行時間，避免受到意外故障的影響。”PlantPAx的處理器還配備有并聯冗余電源，增強了可靠性。

此外，Allen-Bradley XM狀態監測模塊還可以監視每臺渦輪機和發電機的振動情況。這樣能在潛在問題達到危險程度之前將其暴露出來。每個XM模塊的信息都將傳回中央控制系統，用于提升實時渦輪機健康監測和預測性維護水平。Wood Group的工程師還實施了一套 AllenBradley組合式發電機控制模塊（CGCM）。雙工式CGCM與PlantPAX系統無縫集成，可對每個渦輪機進行數字功率計量、電壓調節和自動同步控制。由于采用冗余配置，系統的可靠性也得到增強。

4　項目成果

對于舊的渦輪控制系統，問題不是工廠何時能啟動，而是還能不能啟動。“使用PlantPAx系統時，我們知道在任何需要的時候，控制系統都能一直運行。”Verbanic說。事實上，自從系統升級之后，Keahole電廠每年與渦輪機控制相關的停機時間從大約50%的較高水平下降至僅幾個百分點。即便發生了控制問題，排除并解決故障的過程也會十分迅速、便捷。

Keahole 的工程人員可以更加輕松地對新系統進行故障處理

成功是無可置疑的。事實上，經過三年的跟蹤監視，當HELCO團隊決定把Keahole電廠轉變為聯合循環發電廠時，堅持選擇了羅克韋爾自動化。“我們在渦輪機改造項目上大獲成功，所以我們知道，全廠控制還是要采用PlantPAx系統，”Verbanic解釋說。“我們一直在尋找一種靈活的系統，可以讓我們適應需求中的各種不穩定情況，而PlantPAx系統正好可以做到這一點。”

現在，PlantPAx系統可控制Keahole電廠的絕大多數環節，從透平機、熱回收鍋爐和發電機到水處理、汽輪機和排放系統，以及大部分電站輔助設備應用。全廠都采用同一種軟硬件環境，顯著簡化了維護、操作和故障處理過程，Verbanic和他的運行與維護團隊因此受益匪淺。

“替換零件易于獲取，可將庫存保持在經濟高效的水平，而且無論工廠何處發生任何問題，我們的員工都能識別并加以解決”，Verbanic說道。“事實上，他們還可以找機會自行優化整個系統。這下他們就能將精力放在熟練使用PlantPAx系統上了。”

透平機的停機狀況得到明顯改善，全廠控制通過單一的開放式平臺進行，這些都大大提升了員工自我解決問題的能力。Verbanic說。“自從每個島嶼采用封閉電網，不與相鄰島嶼的設施互聯之后，我們就無法依賴外界供電了。憑借穩定靈活的羅克韋爾自動化解決方案，我們終于有電可用。”

摘自《自動化博覽》2017年9月刊