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?shù)夭穗群蜔o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(xù)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(xiàn)代化的州。

2　面臨的挑戰(zhàn)

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(fā)電量的四分之一。

Keahole 電廠有三臺燃氣輪機，每年可產(chǎn)生大約2.4 億度電

過去，該公司超過50%的停產(chǎn)時間都是由透平機供電的控制系統(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(shù)萬美元。”HELCO的生產(chǎn)部經(jīng)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(qū)飛到島上來耗時更久。因此，Keahole電廠在那段時間里減產(chǎn)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(gòu)的新透平控制系統(tǒng)，這樣電廠的員工就可以自行處理故障并進行優(yōu)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(tǒng)后，他們迅速鎖定了羅克韋爾自動化的PlantPAx過程自動化系統(tǒng)。PlantPAx系統(tǒng)基于羅克韋爾自動化的集成架構(gòu)平臺，可以提供統(tǒng)一的過程、離散和信息解決方案。整個系統(tǒng)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(wǎng)絡與I/O輸入通信，而第三方操作員界面則可通過EtherNet/IP網(wǎng)絡進行通信。

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

PlantPAx 系統(tǒng)可控制整個工廠，從透平機、鍋爐和發(fā)電機到水處理、汽輪機和排放系統(tǒng)，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(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，能夠滿足高速航改式燃氣輪機的要求。”WoodGroup控制部門項目經(jīng)理Clark Weaver說。

在Keahole電廠，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(tǒng)下，我們可以利用原始的三重I/O現(xiàn)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(tǒng)架構(gòu)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(lián)冗余電源，增強了可靠性。

此外，Allen-Bradley XM狀態(tài)監(jiān)測模塊還可以監(jiān)視每臺渦輪機和發(fā)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(tǒng)，用于提升實時渦輪機健康監(jiān)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(fā)電機控制模塊（CGCM）。雙工式CGCM與PlantPAX系統(tǒng)無縫集成，可對每個渦輪機進行數(shù)字功率計量、電壓調(diào)節(jié)和自動同步控制。由于采用冗余配置，系統(tǒng)的可靠性也得到增強。

4　項目成果

對于舊的渦輪控制系統(tǒng)，問題不是工廠何時能啟動，而是還能不能啟動。“使用PlantPAx系統(tǒng)時，我們知道在任何需要的時候，控制系統(tǒng)都能一直運行。”Verbanic說。事實上，自從系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)進行故障處理

成功是無可置疑的。事實上，經(jīng)過三年的跟蹤監(jiān)視，當HELCO團隊決定把Keahole電廠轉(zhuǎn)變?yōu)槁?lián)合循環(huán)發(fā)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(tǒng)，”Verbanic解釋說。“我們一直在尋找一種靈活的系統(tǒng)，可以讓我們適應需求中的各種不穩(wěn)定情況，而PlantPAx系統(tǒng)正好可以做到這一點。”

現(xiàn)在，PlantPAx系統(tǒng)可控制Keahole電廠的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)，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(tǒng)，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(huán)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(jīng)濟高效的水平，而且無論工廠何處發(fā)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(yōu)化整個系統(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(wǎng)，不與相鄰島嶼的設施互聯(lián)之后，我們就無法依賴外界供電了。憑借穩(wěn)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