电力 | 案例研究:全生命周期运行的PlantPAx确保灯火通明
能源公司通过将集散式透平控制系统升级为开放式架构的PlantPAx减少停机并增强维护。
2014-05-15 罗克韦尔自动化
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对于游客来说，夏威夷以其迷人的海滩、美味的当地菜肴和无限贴近大自然的机会而闻名。不过，大部分人不会意识到，夏威夷还是地球上最孤立的岛链，120 多万人在该州美丽的六个主岛上常年居住，他们的日常生活都需要电。
夏威夷“大岛”比其它五个岛的面积总和还要大，是美国最大的岛屿。岛上的居民、企业和游客都指望着 Hawaii Electric Light Company, Inc. (HELCO) 来提供电力。该公司是 Hawaiian Electric Company 的子公司，正是由于他的存在，夏威夷州才从旧时的夏威夷王国变成一个现代化的州。
Keahole 电厂位于夏威夷大岛上的凯路亚-可纳，是 HELCO 的主要发电厂之一。Keahole 电厂有三台燃气轮机，每年可生成大约 2.4 亿度电，接近全岛发电量的四分之一。
遗憾的是，2006 年，该公司因透平控制系统引发的停机占据了整个企业一半的停机时间。
HELCO 生产部经理 Norman Verbanic 说道：“原始的透平控制系统完全专有，到 2006 年还面临着整体淘汰的局面。基本没有替换零件。如果一些零件发生故障，而我们又无法用万能工具卡修复，那么就需要请一位控制工程师坐飞机过来处理故障，这样做可能花费数万美元。”
由于 HELCO 地处偏远，维修零件要两天以上的时间才能到达。控制工程师从其他国家/地区飞到岛上来耗时更久。因此，Keahole 电厂在那段时间里减产接近 50%。
“为了提高正常运行时间比例，我们知道自己需要一个具有开放式架构的新透平控制系统，这样我们的员工就可以自行处理故障并进行优化，无需求助于外部专家。”Verbanic 解释道。
2008 年，夏威夷州政府与 Hawaiian Electric Company 签订了一份能源协议，协议要求，到 2030 年，40% 的电力需求和 70% 的整体能源需求（包括交通运输）都要由清洁的可再生资源满足。“长期以来，我们一直希望 Keahole 电厂完全使用本地的生物柴油发电。”Verbanic 说。
集成架构，新可能性
在 Verbanic 和他的团队决定替换他们过时的透平控制系统之后，他们选定了罗克韦尔自动化的 PlantPAx 过程自动化系统。PlantPAx 系统基于罗克韦尔自动化的集成架构平台，可以提供统一的过程、离散和信息解决方案。
整个系统使用 Rockwell Software® RSLogix™ 5000 软件 (www.rockwellautomation.com/go/rs5000) 进行配置，并通过 ControlNet™ 与 I/O 输入通信，而第三方操作员界面则可通过 EtherNet/IP™ 网络进行通信。
Verbanic 说道：“我们也曾把目光投向其他传统的 DCS 供应商，但是他们的系统都是专有、封闭的系统，备件、维护和支持协议也都十分昂贵。我们无法承受这种时间或金钱上的开销 - 在我们这种偏远的方位更是行不通。我们熟悉罗克韦尔自动化的产品，并且了解我们可以自行对 PlantPAx 系统进行故障处理、维护和优化。”
Wood Group 总部位于科罗拉多州的拉夫兰，是罗克韦尔自动化合作伙伴联盟的授权系统集成商，他们承接了新透平控制系统的安装工作。
“我们将 PlantPAx 系统与所有其它 DCS 系统进行了比较，证明 PlantPAx 系统支持高带宽和快速执行速率，能够满足高速航改式燃气轮机的要求。”Wood Group 控制部门项目经理 Clark Weaver 解释说。
在 Keahole 电厂，Wood Group 的工程师保留了先前控制系统的原始 I/O，但是移除了此前引发许多问题的原始处理器。
Verbanic 说道：“我们的原始系统是一种三重冗余系统，每台透平机都配有三个独立的处理器和 I/O 卡。在新系统下，我们可以利用原始的三重 I/O 现场设备，并使其搭配一些针对单 PlantPAx 处理器简化的新型三重 I/O 模块。这样可以在显著简化系统架构的同时保护过程正常运行时间，避免受到意外故障的影响。”
此外，Allen-Bradley® XM® 状态监测模块还可以监视每台透平机和发电机的振动情况。这样可以在潜在问题达到危险程度之前将其暴露出来。每个 XM 模块的信息都将传回中央控制系统，用于提升实时透平机健康监测和预测性维护水平。
Wood Group 的工程师还实施了一套 Allen-Bradley 组合式发电机控制模块 (CGCM)。双工式 CGCM 与 PlantPAX 系统无缝集成，可对每个透平机进行数字功率计量、电压调节和自动同步控制。冗余配置增强了系统可靠性。
提高灵活性和可靠性
对于旧的透平控制系统，问题不是工厂何时能启动，而是还能不能启动。“使用 PlantPAx 系统时，我们知道在任何需要的时候，控制系统都能一直运行。”Verbanic 说。
事实上，自从系统升级之后，Keahole 电厂每年与透平控制相关的停机时间从大约 50% 的较高水平下降至仅仅几个百分点。即便很罕见地发生了控制问题，排除并解决故障的过程也会十分迅速，无需交叉参考代码和那些让人头晕脑胀的缩写词。
经过三年的跟踪监视，当 HELCO 团队决定把 Keahole 电厂转变为联合循环发电厂时，他们就知道要坚持选择罗克韦尔自动化。
Verbanic 解释说：“我们在透平机改造项目上大获成功，所以我们知道，全厂控制还是要采用 PlantPAx 系统。我们一直在寻找一种灵活的系统，可以让我们适应需求中的各种不稳定情况，而 PlantPAx 系统正好可以做到这一点。”
Wood Group 公司旗下的 Mustang Engineering 承接了这一项目，他们与 HELCO 团队一起，说服 HELCO 的工程公司在整个工厂使用 PlantPAx 系统。
Weaver 说道：“发电行业正在寻求一种灵活可靠的开放式控制平台。我们在这个透平机项目中采用了合适的工程专业技术，证明了 PlantPAx 系统正是我们苦苦寻找的系统。在这个项目成功的基础上，我们还证明了 PlantPAx 系统可在全厂控制方面替代传统 DCS 平台。”
现在，PlantPAx 系统可控制 Keahole 电厂的绝大多数环节，从透平机、热回收锅炉和发电机到水处理、汽轮机和排放系统，以及大部分电站辅助设备应用。全厂都采用同一种软硬件环境，显著简化了维护、操作和故障处理过程，Verbanic 和他的运营与维护团队因此受益匪浅。
Verbanic 说道：“替换零件易于获取，可将库存保持在较低的水平，而且无论工厂何处发生任何问题，我们的员工都能识别并加以解决。事实上，他们还可以找机会自行优化整个系统。这下他们就能将精力放在熟练使用 PlantPAx 系统上了。”
透平机的停机状况得到明显改善，全厂控制通过单一的开放式平台进行，这些都大大提升了 HELCO 员工自我解决问题的能力。
Verbanic 补充道：“这真是一次快乐之旅。自从每个岛屿采用封闭电网，不与相邻岛屿的设施互联之后，我们就无法依赖外界供电了。凭借稳定灵活的罗克韦尔自动化解决方案，我们终于有电可用。”
