公用事业受益于状态监测、控制系统升级

今年，根据国际能源署 (IEA) 的数据，美国将消耗约 3.3 太瓦的电力——略高于全球电力使用量的 20%。根据国际能源署的预测，由于全球人口增长和发展中国家生活水平的提高，全球用电量正在上升，到 2050 年可能会翻一番。随着电力使用量持续增加和电网被推到极限，公用事业公司正在寻找额外的电力生产方式，以确保它们能够充分满足需求。

对于为大约 600,000 名零售和批发客户，回顾以前应用的技术有助于改善现在和未来几年的发电量。

该公用事业公司清理了一批未使用的燃气涡轮发动机，并希望对其进行现代化改造用于在用电高峰期产生备用电力。负责更换发动机上老化控制系统的是 HPI LLC，这是一家专门为燃气和蒸汽涡轮发电、压缩机和机械驱动系统提供改造控制的项目开发商。 HPI 总部位于休斯敦，于 2002 年开业，此后已为 20 多家制造商完成了 70 多种不同的燃气轮机型号。该公司使用高速、最先进的现成可编程控制器设计、组装、测试和包装更换系统。

ControlLogix 控制器和 XM 模块提供可靠性和增强的涡轮机控制。

挑战
当客户决定更新四台通用电气 MS5001（框架 5）涡轮发电机包时，它希望引擎尽快上线。主要障碍是发动机的控制系统陈旧。

除了控制器技术过时和线路老化外，现有控制系统急需更新状态监测和振动保护。燃气涡轮发动机的控制器确保涡轮在被调用时启动和停止，而状态监控和保护系统则帮助发动机安全高效地运行。

控制器或保护装置故障燃气轮机上的系统是一个昂贵且危险的提议。该公用事业公司现有的振动保护系统由通用电气 Speedtronic 系统和 Bently Nevada 3300 振动和监控系统组合而成。为了降低成本，客户希望保留现有的通用电气振动探头，但由于 Bently 振动和监测系统不会直接与现有探头连接，因此 HPI 有必要探索其他解决方案。

除了状态监测和振动系统，HPI 还需要更新另一个关键保护电路——超速保护系统。在改造情况下，HPI 的客户通常有一个过时或液压的超速保护系统，这使得系统难以测试和维护。南方公用事业项目就是这种情况，HPI 需要一个可靠且易于维护的更换系统。

“如果超速保护失效，整个装置很可能会被毁坏， ”惠莱特说。 “对于这样的客户来说，这意味着购买新设备需要花费数百万美元，并且需要数月甚至是全年才能重新启动和运行。”

解决方案
HPI 提供一种适用于公用事业的标准化数字控制系统解决方案，可提供更高的可靠性、增强的涡轮机控制和诊断信息以及远程启动功能。

新系统的成功围绕着互补控制、网络和可视化技术——罗克韦尔自动化集成架构的核心。集成架构生产控制和信息系统旨在促进无缝企业集成，由 Logix 控制平台和 FactoryTalk 集成生产和性能套件组成。

利用 Allen-Bradley ControlLogix 可编程自动化控制器 (PAC) 、ControlNet 和 EtherNet/IP 网络以及 FactoryTalk View SE 人机界面 (HMI) 软件，客户拥有一个内聚的汽轮机控制系统。这转化为紧密协调的活动和改进的信息共享。

HPI 之所以选择 ControlLogix，是因为它能够集成包括离散、运动、过程控制、批处理、驱动系统和安全在内的全方位自动化学科单一开发环境和单一、开放的通信协议。

“我们过去常常购买单独的控制器并将它们连接在一起，但罗克韦尔自动化 Logix 控制器使我们能够提供超越气体的交钥匙解决方案涡轮机控制，”HPI 工程副总裁 Jerry Wheelwright 说。

更换为客户带来的另一个重要好处是网络方案和可视化解决方案。 HPI 联网 Allen-Bradley FLEX I/O 模块与铜缆和光纤 ControlNet 以及使用 1756-ENTB 模块和 1756-CNB 模块的 EtherNet/IP 网络通信。使用这种网络方案，他们构建了一个远程面板安装 PAC，其中包括数字、模拟和温度监控 FLEX I/O 模块。为了减少所需的现场接线量，所有端子、保险丝、继电器和导管都预安装在子面板中。

同时使用 ControlNet 和 EtherNet/IP 网络，客户利用 ControlLogix 本地通信通过行业标准的网络拓扑。 EtherNet/IP 使用开放式工业协议扩展了商用现成以太网，用于自动化目的——与 ControlNet 网络中使用的协议相同。

信息化控制系统允许客户操作该系统由距离物理涡轮机 5 英里的 ControlLogix 控制器驱动。

“在一天中的任何时间从远程位置监视和控制涡轮机的能力是给这位客户带来了巨大的好处，”Wheelwright 说。 “该公用事业公司可以在全州范围内安装燃气轮机，并通过每天 24 小时有人值班的大型蒸汽轮机工厂运行控制，从而无需为每个站点配备人员。”

因为 HPI使用 Logix 控制平台来标准化控制面板，结合罗克韦尔自动化的 XM 系列模块进行状态监测是很自然的选择。 HPI 使用 XM-120 动态测量模块进行振动保护。 XM-120 模块是一种智能、双通道、通用监视器，允许客户使用他们现有的振动探头。

HPI 在四个涡轮机中的每一个上使用了两个模块。该模块支持在需要实时状态监测或保护的旋转设备（如涡轮机）中监测轴、外壳或基座振动。 XM-120 模块通过 ControlNet 与设备连接到 DeviceNet 接口模块。

使用 Logix 控制平台也简化了超速保护系统的更换。 HPI 用 XM-220 双速模块取代了过时的超速保护系统。 XM-220 模块是一个智能的双通道测量模块，它接受来自两个转速计的输入。该模块测量速度、转子加速度和峰值速度，并能够检测零速、堵转和反向旋转。

作为业界首个成功将维护工具连接到维护工具的机器监控和保护系统。控制架构，XM-220 模块可以部署在开放标准工业总线上，允许对关键资产进行持续、经济高效的监控和保护。

结果
HPI 的替代控制系统提供了为客户提供一致、可重复和可靠的性能。自控制升级以来，该公用事业公司的涡轮机没有出现启动故障。 HPI 对 XM 系列的灵活性、配置的简便性以及看到保护电路工作的能力感到非常满意，公司决定对设备进行标准化以备将来升级。

“我们选择 XM 系列有两个原因，”Wheelwright 说。 “一个是可用性。当我们需要它时，它就在架子上。第二个原因是它能够与其他探头和系统的其余部分连接。”

由于 Logix 控制平台的简单性，HPI 可以构建模块化子面板或构建一个全新的机柜，以满足工厂的特定空间要求。

HPI 提供 24 小时服务和技术支持。通过使用 ControlLogix 平台和 Allen-Bradley 产品，其客户可以在全球任何罗克韦尔自动化分销商处获得所需的硬件。然后客户可以自己安装硬件。 HPI 将通过其位于休斯顿的总部通过电子邮件发送软件补丁、处理控制系统并确保集成 I/O 模型。