燃气热电厂更换陈旧的分布式控制系统

背景
Ripon Cogeneration 是 Veresen 控股公司的一个子公司，向国家最大的公用事业之一销售电力，帮助为加利福尼亚北部和中部的大部分地区的家庭和企业提供能源。位于圣华金谷地的发电厂拥有 50 兆瓦的产能，其涡轮机还会产生蒸汽，可用于生产蒸馏水，而这些蒸馏水随后由附近的过程生产商加以利用。

2012 年，这家建厂已有 25 年之久的工厂的所有者决定淘汰他们的过时的分布式控制系统 (DCS)。

“我们的系统有些陈旧，无法再保证绩效，并且维修费用也过于昂贵。”Ripon Cogeneration 运营与维护经理 Brett Weber 说道，“而且，几乎很少有人能了解这个既有系统，并且我们能获得的供应商支持很有限。我们必须采取措施了。”

挑战
主要问题：将多个故障安全以硬编码的方式编码到了分布式控制系统中，所以，即使过程变量（例如，温度）出现了细微的偏差，也会引发整个系统停机并迫使工厂停工。操作员和技术人员只能对安全停机作出反应，这种情况经常发生。

每次工厂停工后，要让燃气轮机和为其提供支持的关键子系统（包括冷却器、反渗透和蒸馏水工厂）重新恢复正常运行大约需要一个小时，这会中断工厂的生产。

多次启动也会使工厂处于超出其排放限制的危险境地。汽车在司机启动引擎时会排放出更多的废气，同样的道理，发电厂在启动期间也会排放出更多的易燃物。加利福尼亚对发电厂的排放和其他潜在环境影响实施严格的监管。总之，Ripon 的运营需要得到 12 家不同监管机构的许可，这些监管机构会监管从工厂周围的地下水质量到氨浓度等各种指标。

在运营过程中采取几乎过时的分布式控制系统会遇到诸多麻烦，如得不到维修或专家维护方面的当地支持。

“每次系统出现重大问题后，我们就必须等待支持，有时一等就是三个星期，”Weber 说道。维护和维修问题必然会越来越频繁，成本越来越大，耗时越来越长。

最糟糕的是，2012 年，工厂服务器死机了，Ripon 的过程历史数据库完全丢失。除了分布式控制系统出现故障外，Ripon 还丢失了其所有数据。单单修复服务器和历史数据库这项工作就要花费 20,000 美元，而且还不能保证数据能够得到恢复。

此外，每日生产报告是通过手动方式制作的：工厂操作员记录来自控制系统计量表的数据，然后手动将网页上的数据抄写下来，将这些数据插入到生产报告中，然后将报告发送给位于遥远地方的副总裁。每天都要花费一到两个小时来手动制作报告。

“我们公司的新任 COO 访问了我们的工厂，并看到了我们所使用的工具，这是决定性因素。”Weber 说道，“他只用了 30 分钟就作出了决定，批准了工厂的建议：引进包含集成的信息解决方案的新控制系统。”

解决方案
新系统包括以信息为工具的、可扩展的多领域控制平台，该平台将过程和安全控制与通信和最先进的 I/O 结合起来。该系统配有 750 个 I/O 点，能够收集多达 1,000 个过程数据点。工厂原来的专有网络被 EtherNet/IP™ 取代，这使工厂可以轻松安装新系统并顺利集成现有的工厂子系统。

为了淘汰工厂易出错的手动数据收集过程，PlantPAx™ 系统引入了数据历史软件以及一个可视化、分析和报告门户，该门户提供基于角色的仪表板，可帮助实时了解关于生产的信息。PlantPAx 系统中包含主管级别的可视化功能，操作员通过这些功能可以更好地了解生产信息和诊断信息，这些信息已经完美地整合到了 Ripon 的经过重新设计和升级的操作员控制室中。与每天手动制作报告相比，PlantPAx 系统将利用过程系统的所有历史数据并自动制作每日生产报告，使工厂操作员能够将更多的精力放在系统运行上。

过去，Ripon 无法完全理解导致系统异常的原因。相关示例：工厂的燃气轮机场景。燃气轮机中有一个特殊的控制点，称为 T2（涡轮机进气温度）。PlantPAx 系统使操作员能够更好地了解 T2 温度及其影响因素，以便他们可以积极地应对各种变化，从而提高生产效率。

成果
PlantPAx 系统提供一个统一的开放通信协议，提高了 Ripon 的总体工厂效能。项目好处包括：

• 显著减少了停机情况 — 新系统的故障安全误报率降低了将近 90%。
• 符合法规要求 — 由于几乎很少出现意外停机情况，工厂每天只需启动一次，这使其排放完全符合要求。“实施 PlantPAx 系统间接帮助我们遵守了所有其他监管问题，因为控制是自动化的，操作员可以实时监控运行状况。”Weber 说。
• 缩短启动时间 — 使用新系统后，要让工厂重复恢复运营不再需要一个小时，只需要大约 45 分钟即可。
• 可控的过程变量 — 员工现在可以通过 PlantPAx 仪表板轻松监控系统变量，并决定是针对小的异常情况采取应对措施，还是在必要时关闭系统。
• 单个开放的网络 — Ripon 可以更轻松地扩建工厂，并利用新的基于以太网的设备和装置。此外，非专有网络可简化招聘和培训流程，因为新的工程师不需要专业知识就可以运行该系统并处理该系统的故障。
• 生产智能 — 工厂操作员将能够查看并利用实时系统数据，以便在出现问题时予以解决并确保工厂真正地全力运行。当地供应商支持 — Maverick Technologies 和 Rockwell Automation 的专家都可以在需要时迅速作出响应。

“从审美的角度来说，Ripon 的完全集成的自动化控制系统能够带来全新的操作员体验。”Weber 说，

“现在，当您坐在操作员的座位上时，就感觉好像是在驾驶一辆完整的汽车，而不是由雪佛兰车身、福特发动机和丰田仪表板组装的‘四不像’。”Weber 继续说道，“这个项目为我们工厂的所有未来项目设定了标准，是 Veresen 工厂设计的模型。”