羅克韋爾自動(dòng)化

1　項目背景

對于游客來(lái)說(shuō)，夏威夷以其迷人的海灘、美味的當地菜肴和無(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，大島還在繼續變大。島上的居民和公司都依靠著(zhù) 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)的夏威夷王國變成一個(gè)現代化的州。

2　面臨的挑戰

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)，有三臺燃氣輪機，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)有三臺燃氣輪機，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)間都是由透平機供電的控制系統出現故障引起的?！霸嫉耐钙娇刂葡到y完全專(zhuān)有，還面臨著(zhù)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，那么就需要請一位控制工程師坐飛機過(guò)來(lái)處理故障，這樣做可能花費數萬(wàn)美元?！盚ELCO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?？刂乒こ處煆钠渌麌?地區飛到島上來(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%。為了提高正常運行時(shí)間比例，Keahole電廠(chǎng)需要一個(gè)具有開(kāi)放式架構的新透平控制系統，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和他的團隊決定替換他們過(guò)時(shí)的透平控制系統后，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。PlantPAx系統基于羅克韋爾自動(dòng)化的集成架構平臺，可以提供統一的過(guò)程、離散和信息解決方案。整個(gè)系統使用羅克韋爾自動(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的DCS供應商，但是他們的系統都是專(zhuān)有、封閉的系統，備件、維護和支持協(xié)議也都十分昂貴?！盫erbanic說(shuō)?！拔覀兪煜ち_克韋爾自動(dòng)化的產(chǎn)品，并且了解我們可以自行對PlantPAx系統進(jìn)行故障處理、維護和優(yōu)化?！?/p>

PlantPAx 系統可控制整個(gè)工廠(chǎng)，從透平機、鍋爐和發(fā)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(dòng)化合作伙伴聯(lián)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?！拔覀儗lantPAx系統與所有其它DCS系統進(jìn)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(mǎn)足高速航改式燃氣輪機的要求?！盬oodGroup控制部門(mén)項目經(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?！拔覀兊脑枷到y是一種三重冗余系統，每臺透平機都配有三個(gè)獨立的處理器和I/O卡，”Verbanic解釋道?！霸谛孪到y下，我們可以利用原始的三重I/O現場(chǎng)設備，并使其搭配一些針對簡(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)化系統架構的同時(shí)保護過(guò)程正常運行時(shí)間，避免受到意外故障的影響?！盤(pán)lantPAx的處理器還配備有并聯(lián)冗余電源，增強了可靠性。

此外，Allen-Bradley XM狀態(tài)監測模塊還可以監視每臺渦輪機和發(fā)電機的振動(dòng)情況。這樣能在潛在問(wèn)題達到危險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，用于提升實(shí)時(shí)渦輪機健康監測和預測性維護水平。Wood Group的工程師還實(shí)施了一套 AllenBradley組合式發(fā)電機控制模塊（CGCM）。雙工式CGCM與PlantPAX系統無(wú)縫集成，可對每個(gè)渦輪機進(jìn)行數字功率計量、電壓調節和自動(dòng)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(wèn)題不是工廠(chǎng)何時(shí)能啟動(dòng)，而是還能不能啟動(dòng)?！笆褂肞lantPAx系統時(shí)，我們知道在任何需要的時(shí)候，控制系統都能一直運行?！盫erbanic說(shuō)。事實(shí)上，自從系統升級之后，Keahole電廠(chǎng)每年與渦輪機控制相關(guān)的停機時(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新系統進(jìn)行故障處理

成功是無(wú)可置疑的。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)三年的跟蹤監視，當HELCO團隊決定把Keahole電廠(chǎng)轉變?yōu)槁?lián)合循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)時(shí)，堅持選擇了羅克韋爾自動(dòng)化?！拔覀冊跍u輪機改造項目上大獲成功，所以我們知道，全廠(chǎng)控制還是要采用PlantPAx系統，”Verbanic解釋說(shuō)?！拔覀円恢痹趯ふ乙环N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(diǎn)?！?/p>

現在，PlantPAx系統可控制Keahole電廠(chǎng)的絕大多數環(huán)節，從透平機、熱回收鍋爐和發(fā)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(chǎng)都采用同一種軟硬件環(huán)境，顯著(zhù)簡(jiǎn)化了維護、操作和故障處理過(guò)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(jīng)濟高效的水平，而且無(wú)論工廠(chǎng)何處發(fā)生任何問(wèn)題，我們的員工都能識別并加以解決”，Verbanic說(shuō)道?！笆聦?shí)上，他們還可以找機會(huì )自行優(yōu)化整個(gè)系統。這下他們就能將精力放在熟練使用PlantPAx系統上了?！?/p>

透平機的停機狀況得到明顯改善，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)?！白詮拿總€(gè)島嶼采用封閉電網(wǎng)，不與相鄰島嶼的設施互聯(lián)之后，我們就無(wú)法依賴(lài)外界供電了。憑借穩定靈活的羅克韋爾自動(dòng)化解決方案，我們終于有電可用?！?/p>

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年9月刊