罗克韦尔自动化

1　项目背景

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而闻名。但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。事实上，由于岛上有一座名为基拉韦厄的活火山，大岛还在继续变大。岛上的居民和公司都依靠着 Keahole电厂来提供电力，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。

2　面临的挑战

Keahole电厂位于夏威夷大岛上的凯路亚-可纳，是该岛上最大的工厂，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。

Keahole 电厂有三台燃气轮机，每年可产生大约2.4 亿度电

过去，该公司超过50%的停产时间都是由透平机供电的控制系统出现故障引起的。“原始的透平控制系统完全专有，还面临着整体淘汰的局面，替换零件基本上不存在。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。”HELCO的生产部经理NormanVerbanic说。

由于位置过于孤立，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，Keahole电厂需要一个具有开放式架构的新透平控制系统，这样电厂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。

3　解决方案

在Verbanic和他的团队决定替换他们过时的透平控制系统后，他们迅速锁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。整个系统使用罗克韦尔自动化软件提供的 RSLogix 5000软件进行配置，并通过ControlNet网络与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。

“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。”Verbanic说。“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。”

PlantPAx 系统可控制整个工厂，从透平机、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

Wood Group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，旨在证明 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。”WoodGroup控制部门项目经理Clark Weaver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。“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，”Verbanic解释道。“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简单PlantPAx处理器简化的新型三重I/O模块。这样可以在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。”PlantPAx的处理器还配备有并联冗余电源，增强了可靠性。

此外，Allen-Bradley XM状态监测模块还可以监视每台涡轮机和发电机的振动情况。这样能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，用于提升实时涡轮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 AllenBradley组合式发电机控制模块（CGCM）。双工式CGCM与PlantPAX系统无缝集成，可对每个涡轮机进行数字功率计量、电压调节和自动同步控制。由于采用冗余配置，系统的可靠性也得到增强。

4　项目成果

对于旧的涡轮控制系统，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电厂每年与涡轮机控制相关的停机时间从大约50%的较高水平下降至仅几个百分点。即便发生了控制问题，排除并解决故障的过程也会十分迅速、便捷。

Keahole 的工程人员可以更加轻松地对新系统进行故障处理

成功是无可置疑的。事实上，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，坚持选择了罗克韦尔自动化。“我们在涡轮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，”Verbanic解释说。“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。”

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和他的运行与维护团队因此受益匪浅。

“替换零件易于获取，可将库存保持在经济高效的水平，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”，Verbanic说道。“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，这些都大大提升了员工自我解决问题的能力。Verbanic说。“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。”

摘自《自动化博览》2017年9月刊