Hulpprogramma profiteert van conditiebewaking, upgrade van besturingssysteem

Dit jaar De Verenigde Staten zullen volgens het International Energy Agency (IEA) ongeveer 3,3 terawatt verbruiken - iets meer dan 20 procent van het wereldwijd verbruikte vermogen. Het wereldwijde stroomverbruik neemt toe en zou volgens IEA-projecties tegen 2050 kunnen verdubbelen als gevolg van de groei van de wereldbevolking en de verbeterde levensstandaard in ontwikkelingslanden. Nu het elektriciteitsverbruik blijft stijgen en de elektriciteitsnetten tot het uiterste worden gedreven, zoeken nutsbedrijven naar aanvullende middelen voor de productie van elektriciteit om ervoor te zorgen dat ze voldoende aan de vraag kunnen voldoen.

Voor een groot zuidelijk nutsbedrijf dat elektriciteit opwekt voor ongeveer 600.000 klanten in de detailhandel en de groothandel, een overzicht van eerder toegepaste technieken helpt de opwekking van elektriciteit nu en de komende jaren te verbeteren.

Het nutsbedrijf heeft een vloot ongebruikte gasturbinemotoren afgestoft en wilde deze moderniseren voor het opwekken van reserve-elektriciteit tijdens piekperiodes van energieverbruik. HPI LLC, een projectontwikkelaar die gespecialiseerd is in het leveren van retrofitregelingen voor energieopwekking in gas- en stoomturbines, compressoren en mechanische aandrijfsystemen, was belast met het vervangen van de verouderingscontrolesystemen op de motoren. HPI, met hoofdkantoor in Houston, opende zijn deuren in 2002 en heeft sindsdien meer dan 70 verschillende gasturbinemodellen voor meer dan 20 fabrikanten voltooid. Het bedrijf ontwerpt, assembleert, test en verpakt vervangende systemen met behulp van ultramoderne, kant-en-klare programmeerbare controllers.

Een ControlLogix-controller en XM-modules bieden betrouwbaarheid en verbeterde turbineregeling.

Uitdaging
Toen de klant besloot om vier General Electric MS5001 (Frame 5) turbogeneratorpakketten te updaten, wilde hij de motoren zo snel mogelijk online hebben. Het belangrijkste obstakel was het verouderde controlesysteem in de motoren.

Naast verouderde controllertechnologie en verouderde bedrading, had het bestaande controlesysteem dringend behoefte aan een bijgewerkte conditiebewaking en trillingsbescherming. De controller voor een gasturbinemotor zorgt ervoor dat de turbine start en stopt wanneer er een beroep op wordt gedaan, terwijl de conditiebewakings- en beveiligingssystemen de motor helpen veilig en efficiënt te draaien.

Defect van de controller of de beveiliging systeem op een gasturbine is een kostbaar en gevaarlijk voorstel. Het bestaande trillingsbeschermingssysteem van het hulpprogramma bestond uit een combinatie van het General Electric Speedtronic-systeem en een Bently Nevada 3300 trillings- en bewakingssysteem. Om de kosten te verlagen, wilde de klant de bestaande General Electric-trillingssondes behouden, maar omdat het trillings- en monitoringsysteem van Bently niet rechtstreeks zou aansluiten op de bestaande sondes, moest HPI andere oplossingen onderzoeken.

Naast het conditiebewakings- en trillingssysteem moest HPI nog een ander kritisch beveiligingscircuit updaten:het overtoerenbeveiligingssysteem. In retrofitsituaties hebben HPI-klanten doorgaans een overtoerenbeveiligingssysteem dat verouderd of hydraulisch is, waardoor het systeem moeilijk te testen en te onderhouden is. Dit was het geval voor het zuidelijke nutsproject en HPI had een betrouwbaar en gemakkelijk te vervangen vervangingssysteem nodig.

"Als de beveiliging tegen te hoge snelheid zou falen, zou de hele eenheid hoogstwaarschijnlijk worden vernietigd, ’ zei Wheelwright. "Voor een klant als deze zou dat miljoenen dollars betekenen om een ​​nieuwe unit te kopen en maanden, zo niet een heel jaar, om weer up and running te zijn."

Oplossingen
HPI geleverd een gestandaardiseerde digitale besturingssysteemoplossing voor het nutsbedrijf die verbeterde betrouwbaarheid, verbeterde turbinebesturing en diagnostische informatie en startmogelijkheden op afstand bood.

Het succes van het nieuwe systeem draait om het gebruik van complementaire besturing, netwerk- en visualisatietechnologieën - kern van de Rockwell Automation Integrated Architecture. Het Integrated Architecture-productiecontrole- en informatiesysteem is ontworpen om naadloze bedrijfsintegratie te vergemakkelijken en bestaat uit het Logix Control Platform en de FactoryTalk geïntegreerde productie- en prestatiesuite.

Gebruikmakend van de Allen-Bradley ControlLogix Programmable Automation Controller (PAC) , ControlNet- en EtherNet/IP-netwerken en FactoryTalk View SE human-machine interface (HMI)-software, heeft de klant een samenhangend turbinebesturingssysteem. Dit vertaalt zich in strak gecoördineerde activiteiten en verbeterde informatie-uitwisseling.

HPI koos voor ControlLogix vanwege het vermogen om het volledige scala aan automatiseringsdisciplines te integreren, waaronder discrete, motion, procesbesturing, batch, aandrijfsystemen en veiligheid met behulp van een enkele ontwikkelomgeving en een enkel, open communicatieprotocol.

"Vroeger kochten we afzonderlijke controllers en bekabelden ze samen, maar de Rockwell Automation Logix-controller stelt ons in staat om kant-en-klare oplossingen te bieden die verder gaan dan alleen het gas turbinebesturing”, zegt Jerry Wheelwright, vice-president engineering, HPI.

Een ander belangrijk voordeel van de vervanging voor de klant was het netwerkschema en de visualisatieoplossing. HPI-netwerk Allen-Bradley FLEX I/O-modules met koper en glasvezel ControlNet en EtherNet/IP-netwerkcommunicatie met 1756-ENTB-modules en 1756-CNB-modules. Met behulp van dit netwerkschema bouwden ze een op een paneel gemonteerde PAC op afstand met digitale, analoge en temperatuurbewaking FLEX I/O-modules. Om de hoeveelheid benodigde bedrading ter plaatse te verminderen, werden alle terminals, zekeringen, relais en leidingen vooraf geïnstalleerd in subpanelen.

Door gebruik te maken van zowel ControlNet- als EtherNet/IP-netwerken, profiteerde de klant van de native communicatie van ControlLogix via een industriestandaard netwerktopologie. EtherNet/IP breidt commercieel, kant-en-klaar Ethernet uit met een open, industrieel protocol voor automatiseringsdoeleinden - hetzelfde protocol dat wordt gebruikt in het ControlNet-netwerk.

Het informatiegestuurde besturingssysteem stelt de klant in staat te werken het systeem, dat wordt aangedreven door een ControlLogix-controller vanaf een locatie op vijf mijl afstand van de fysieke turbine.

“De mogelijkheid om de turbines op elk moment van de dag vanaf een externe locatie te bewaken en te besturen is een aanzienlijk voordeel voor deze klant”, aldus Wheelwright. "Het nutsbedrijf kan gasturbines verspreid over de staat hebben en de controles door grotere stoomturbine-installaties laten lopen die 24 uur per dag bemand zijn, waardoor het niet nodig is om elke afzonderlijke site te bemannen."

Omdat HPI gebruikte het Logix Control Platform om de bedieningspanelen te standaardiseren, waarbij de integratie van de modules uit de XM-serie van Rockwell Automation voor conditiebewaking een logische keuze was. HPI gebruikte de XM-120 dynamische meetmodule voor bescherming tegen trillingen. De XM-120-module is een intelligente, tweekanaals monitor voor algemeen gebruik waarmee de klant zijn bestaande trillingssondes kon gebruiken.

HPI gebruikte twee modules op elk van de vier turbines. De module ondersteunt de bewaking van as-, behuizing- of voetstuktrillingen in roterende apparatuur, zoals turbines, waar realtime conditiebewaking of bescherming vereist is. De XM-120-module maakt een interface met de apparatuur via ControlNet naar DeviceNet-interfacemodules.

Vervanging van het overtoerenbeveiligingssysteem werd ook vereenvoudigd met behulp van het Logix Control Platform. HPI verving het verouderde overspeed-beveiligingssysteem door de XM-220 dual-speed module. De XM-220-module is een intelligente, tweekanaals meetmodule die invoer van twee toerentellers accepteert. De module meet snelheid, rotorversnelling en pieksnelheid en is in staat om nulsnelheid, vergrendelde rotor en omgekeerde rotatie te detecteren.

Als het eerste machinebewakings- en beveiligingssysteem in de branche dat met succes onderhoudstools koppelt aan de besturingsarchitectuur, kan de XM-220-module worden ingezet op een open standaard industriële bus, waardoor continue, kostenefficiënte bewaking en bescherming van kritieke activa mogelijk is.

Resultaten
HPI's vervangende besturingssysteem bood de klant met consistente, herhaalbare en betrouwbare prestaties. De turbines van het hulpprogramma hebben sinds de controle-upgrade geen startstoring ondervonden. HPI was zo blij met de flexibiliteit van de XM-serie, het gemak van configuratie en de mogelijkheid om te zien dat de beveiligingscircuits werken, dat het bedrijf besloot de apparatuur te standaardiseren voor toekomstige upgrades.

“We koos de XM-serie om twee redenen”, aldus Wheelwright. “Een daarvan was de beschikbaarheid. Het lag op de plank toen we het nodig hadden. De tweede reden was de mogelijkheid om te communiceren met andere sondes en de rest van het systeem.”

Vanwege de eenvoud van het Logix Control Platform kan HPI modulaire subpanelen bouwen of een geheel nieuwe kast bouwen die voldoet aan de specifieke ruimtevereisten van een fabriek.

HPI biedt 24-uurs service en technische assistentie. Door gebruik te maken van het ControlLogix-platform en Allen-Bradley-producten, kunnen klanten de hardware krijgen die ze nodig hebben bij elke Rockwell Automation-distributeur over de hele wereld. Klanten kunnen de hardware dan zelf installeren. Vanuit het hoofdkantoor in Houston zal HPI de softwarepatches e-mailen, werken aan de besturingssystemen en ervoor zorgen dat het I/O-model wordt geïntegreerd.