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羅克韋爾自動(dòng)化

1　項(xiàng)目背景

對(duì)于游客來(lái)說(shuō)，夏威夷以其迷人的海灘、美味的當(dāng)?shù)夭穗群蜔o(wú)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(wàn)人在該州美麗的六個(gè)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(gè)島的面積總和還要大，是美國(guó)最大的島嶼。事實(shí)上，由于島上有一座名為基拉韋厄的活火山，大島還在繼續(xù)變大。島上的居民和公司都依靠著 Keahole電廠(chǎng)來(lái)提供電力，正是由于他的存在，夏威夷州才從舊時(shí)的夏威夷王國(guó)變成一個(gè)現(xiàn)代化的州。

2　面臨的挑戰(zhàn)

Keahole電廠(chǎng)位于夏威夷大島上的凱路亞-可納，是該島上最大的工廠(chǎng)，有三臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，每年可生成大約2.4億度電，接近全島發(fā)電量的四分之一。

Keahole 電廠(chǎng)有三臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，每年可產(chǎn)生大約2.4 億度電

過(guò)去，該公司超過(guò)50%的停產(chǎn)時(shí)間都是由透平機(jī)供電的控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障引起的。“原始的透平控制系統(tǒng)完全專(zhuān)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(fā)生故障，而我們又無(wú)法用萬(wàn)能工具卡修復(fù)，那么就需要請(qǐng)一位控制工程師坐飛機(jī)過(guò)來(lái)處理故障，這樣做可能花費(fèi)數(shù)萬(wàn)美元。”HELCO的生產(chǎn)部經(jīng)理NormanVerbanic說(shuō)。

由于位置過(guò)于孤立，維修零件要兩天以上的時(shí)間才能到達(dá)。控制工程師從其他國(guó)家/地區(qū)飛到島上來(lái)耗時(shí)更久。因此，Keahole電廠(chǎng)在那段時(shí)間里減產(chǎn)接近50%。為了提高正常運(yùn)行時(shí)間比例，Keahole電廠(chǎng)需要一個(gè)具有開(kāi)放式架構(gòu)的新透平控制系統(tǒng)，這樣電廠(chǎng)的員工就可以自行處理故障并進(jìn)行優(yōu)化，無(wú)需求助于外部專(zhuān)家。

3　解決方案

在Verbanic和他的團(tuán)隊(duì)決定替換他們過(guò)時(shí)的透平控制系統(tǒng)后，他們迅速鎖定了羅克韋爾自動(dòng)化的PlantPAx過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)。PlantPAx系統(tǒng)基于羅克韋爾自動(dòng)化的集成架構(gòu)平臺(tái)，可以提供統(tǒng)一的過(guò)程、離散和信息解決方案。整個(gè)系統(tǒng)使用羅克韋爾自動(dòng)化軟件提供的 RSLogix 5000軟件進(jìn)行配置，并通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)與I/O輸入通信，而第三方操作員界面則可通過(guò)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

“我們也曾把目光投向其他傳統(tǒng)的DCS供應(yīng)商，但是他們的系統(tǒng)都是專(zhuān)有、封閉的系統(tǒng)，備件、維護(hù)和支持協(xié)議也都十分昂貴。”Verbanic說(shuō)。“我們熟悉羅克韋爾自動(dòng)化的產(chǎn)品，并且了解我們可以自行對(duì)PlantPAx系統(tǒng)進(jìn)行故障處理、維護(hù)和優(yōu)化。”

PlantPAx 系統(tǒng)可控制整個(gè)工廠(chǎng)，從透平機(jī)、鍋爐和發(fā)電機(jī)到水處理、汽輪機(jī)和排放系統(tǒng)，以及大部分電站輔助設(shè)備應(yīng)用

Wood Group是羅克韋爾自動(dòng)化合作伙伴聯(lián)盟的授權(quán)系統(tǒng)集成商，他們承接了新透平控制系統(tǒng)的安裝工作。“我們將PlantPAx系統(tǒng)與所有其它DCS系統(tǒng)進(jìn)行了比較，旨在證明 PlantPAx系統(tǒng)支持高帶寬和快速執(zhí)行速率，能夠滿(mǎn)足高速航改式燃?xì)廨啓C(jī)的要求。”WoodGroup控制部門(mén)項(xiàng)目經(jīng)理Clark Weaver說(shuō)。

在Keahole電廠(chǎng)，Wood Group的工程師保留了先前控制系統(tǒng)的原始I/O，但是移除了此前引發(fā)許多問(wèn)題的原始處理器。“我們的原始系統(tǒng)是一種三重冗余系統(tǒng)，每臺(tái)透平機(jī)都配有三個(gè)獨(dú)立的處理器和I/O卡，”Verbanic解釋道。“在新系統(tǒng)下，我們可以利用原始的三重I/O現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并使其搭配一些針對(duì)簡(jiǎn)單PlantPAx處理器簡(jiǎn)化的新型三重I/O模塊。這樣可以在簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)的同時(shí)保護(hù)過(guò)程正常運(yùn)行時(shí)間，避免受到意外故障的影響。”P(pán)lantPAx的處理器還配備有并聯(lián)冗余電源，增強(qiáng)了可靠性。

此外，Allen-Bradley XM狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊還可以監(jiān)視每臺(tái)渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的振動(dòng)情況。這樣能在潛在問(wèn)題達(dá)到危險(xiǎn)程度之前將其暴露出來(lái)。每個(gè)XM模塊的信息都將傳回中央控制系統(tǒng)，用于提升實(shí)時(shí)渦輪機(jī)健康監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)水平。Wood Group的工程師還實(shí)施了一套 AllenBradley組合式發(fā)電機(jī)控制模塊（CGCM）。雙工式CGCM與PlantPAX系統(tǒng)無(wú)縫集成，可對(duì)每個(gè)渦輪機(jī)進(jìn)行數(shù)字功率計(jì)量、電壓調(diào)節(jié)和自動(dòng)同步控制。由于采用冗余配置，系統(tǒng)的可靠性也得到增強(qiáng)。

4　項(xiàng)目成果

對(duì)于舊的渦輪控制系統(tǒng)，問(wèn)題不是工廠(chǎng)何時(shí)能啟動(dòng)，而是還能不能啟動(dòng)。“使用PlantPAx系統(tǒng)時(shí)，我們知道在任何需要的時(shí)候，控制系統(tǒng)都能一直運(yùn)行。”Verbanic說(shuō)。事實(shí)上，自從系統(tǒng)升級(jí)之后，Keahole電廠(chǎng)每年與渦輪機(jī)控制相關(guān)的停機(jī)時(shí)間從大約50%的較高水平下降至僅幾個(gè)百分點(diǎn)。即便發(fā)生了控制問(wèn)題，排除并解決故障的過(guò)程也會(huì)十分迅速、便捷。

Keahole 的工程人員可以更加輕松地對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行故障處理

成功是無(wú)可置疑的。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)三年的跟蹤監(jiān)視，當(dāng)HELCO團(tuán)隊(duì)決定把Keahole電廠(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁?lián)合循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)時(shí)，堅(jiān)持選擇了羅克韋爾自動(dòng)化。“我們?cè)跍u輪機(jī)改造項(xiàng)目上大獲成功，所以我們知道，全廠(chǎng)控制還是要采用PlantPAx系統(tǒng)，”Verbanic解釋說(shuō)。“我們一直在尋找一種靈活的系統(tǒng)，可以讓我們適應(yīng)需求中的各種不穩(wěn)定情況，而PlantPAx系統(tǒng)正好可以做到這一點(diǎn)。”

現(xiàn)在，PlantPAx系統(tǒng)可控制Keahole電廠(chǎng)的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)，從透平機(jī)、熱回收鍋爐和發(fā)電機(jī)到水處理、汽輪機(jī)和排放系統(tǒng)，以及大部分電站輔助設(shè)備應(yīng)用。全廠(chǎng)都采用同一種軟硬件環(huán)境，顯著簡(jiǎn)化了維護(hù)、操作和故障處理過(guò)程，Verbanic和他的運(yùn)行與維護(hù)團(tuán)隊(duì)因此受益匪淺。

“替換零件易于獲取，可將庫(kù)存保持在經(jīng)濟(jì)高效的水平，而且無(wú)論工廠(chǎng)何處發(fā)生任何問(wèn)題，我們的員工都能識(shí)別并加以解決”，Verbanic說(shuō)道。“事實(shí)上，他們還可以找機(jī)會(huì)自行優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)。這下他們就能將精力放在熟練使用PlantPAx系統(tǒng)上了。”

透平機(jī)的停機(jī)狀況得到明顯改善，全廠(chǎng)控制通過(guò)單一的開(kāi)放式平臺(tái)進(jìn)行，這些都大大提升了員工自我解決問(wèn)題的能力。Verbanic說(shuō)。“自從每個(gè)島嶼采用封閉電網(wǎng)，不與相鄰島嶼的設(shè)施互聯(lián)之后，我們就無(wú)法依賴(lài)外界供電了。憑借穩(wěn)定靈活的羅克韋爾自動(dòng)化解決方案，我們終于有電可用。”

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年9月刊