燃氣汽電共生廠房更換老舊的分散式控制系統

背景
Ripon Cogeneration 是 Veresen 控股公司的子公司，銷售電力給一家全國最大的公共事業，協助將能源供應至加州北部與中部的大多數家庭與企業。其位於 San Joaquin Valley 的 50 百萬瓦產能廠房的渦輪機亦產生蒸汽以供製造蒸餾水，再將這些蒸餾水用於鄰近的製程製造商。

2012 年，這座 25 年的廠房決定淘汰陳舊的分散式控制系統 (DCS)。

Ripon Cogeneration 公司營運與維護經理 Brett Weber 表示：「我們老舊的系統已無法維持效能，而且維修成本過高，只有少數人了解這套舊有系統，而且廠商提供的支援很少，我們必須處理這個問題。」

挑戰
主要問題：多個失效保護難以編程至分散式控制系統，即使是製程變化中很小的偏差 ，例如溫度，都可能使整個系統跳脫而離線，導致廠房停機。操作員與技術人員經常窮於應付過於頻繁的安全跳脫。

重新啟動燃氣渦輪機和渦輪機運作所需的重要子系統，包括冷卻器、逆滲透及蒸餾水廠房，廠房每次約需關閉一小時，影響廠房的生產作業。

多次啟動也使得廠房面臨超出排放限制的危險。如同汽車駕駛員發動引擎時，會排放較多的廢氣，發電廠也會在啟動時排放較多的可燃物。加州對於發電廠的排放及其他潛在環境衝擊都有嚴格的規範，整體而言，Ripon 在 12 個法規機構的許可下進行運作，這些機構會監控各個項目，從地下水品質到廠房四周空氣的氨的含量。

由於缺乏維修或專業維護的本地支援，使用近乎廢棄的分散式控制系統進行營運也變得更加複雜。

Weber 表示：「每次系統發生重大問題時，我們都必須等待支援，時間有時候長達三週。」維修問題不可避免地變得越來越頻繁、成本更高其更耗時。

更糟糕的是，當 2012 年廠房伺服器當機時，Ripon 完全失去製程歷史資料。除了故障的分散式控制系統之外，Ripon 更遺失了所有資料。光是修理伺服器與歷史資料的費用就要 20,000 美元，而且不保證能夠恢復資料。

另外，每日生產報告是以手動方式製作的，廠房操作員必須從控制系統的儀表記錄資料，然後手動從網頁轉錄資料，並將資料插入生產報告，再傳送給位於遠端據點的副總裁，每天需花費一兩個小時的時間手動製作這項報告。

Weber 表示：「我們公司的新任營運長訪視廠房並看到我們工作情形的當下，就是決定性的時刻。他只花了 30 分鐘就做出決定，核准廠房提出的建議，也就是設置含有整合資訊解決方案的新控制系統。」

解決方案
新系統包含一項資訊化、可擴充的多元領域控制平台，結合製程及安全控制與通訊及先進 I/O。此系統配備 750 個 I/O 點，最多可收集 1,000 個製程資料點。該廠房的舊有專屬網路由 EtherNet/IP™ 取代，可輕鬆安裝新系統並與現有的廠房子系統順利整合。

為了消除廠房容易出錯的手動資料收集程序，PlantPAx™ 系統包括資料歷史資料軟體以及可視化、分析與報告入口網站，提供以角色為基礎的儀表板，可供即時掌握生產情況。內含於 PlantPAx 系統中的監控級可視化功能可為操作員提供的生產資訊與診斷的最佳洞察見解，並完美結合至 Ripon 重新設計並升級的操作員控制室。PlantPAx 系統將充分運用製程系統中的所有歷史資料，同時自動化每日的生產報告，使廠房操作員更加聚焦於系統操作，而不再需要每天手動製作報告。

過去 Ripon 無法完全了解造成系統發生偏差的原因，例如：廠房的燃氣渦輪機發生的情況。在燃氣渦輪機中有一個特定控制點稱為 T2 - 渦輪機進氣口空氣溫度。PlantPAx 系統使操作員能夠更了解 T2 溫度及其影響，因此可主動因應變化並提高生產力。

結果
PlantPAx 系統提供單一且一致的開放式通訊協定，並提升 Ripon 的整體廠房效能。專案的好處包括：

• 大幅減少停機時間 – 使用新系統之後，惱人的失效保護事件減少近 90%。
• 適法性 – 由於計劃外的停機很少，廠房每天啟動一次，可保持良好的排放量。Weber 表示：「實作 PlantPAx 系統間接協助我們滿足所有其他法規要求，因為控制程序已充分自動化，操作員可即時監控各種狀況。」
• 縮短啟動時間 – 新系統僅需約 45 分鐘即可重新啟動廠房，而非過去的一個小時。
• 可控制的製程變量 - 工作人員現在可透過 PlantPAx 儀表板輕鬆監控系統變量，並決定是否要在小幅偏差的情況下操作，或在必要時關閉系統。
• 單一開放式網路 – Ripon 可以更輕鬆地擴充廠房，並運用全新以乙太網為基礎的設備與裝置。另外，非專屬網路可簡化招聘與培訓程序，因為新的工程師不需要特別的專業知識來操作與排除系統故障。
• 生產智能 - 廠房操作員將可查看並利用即時系統資料，在問題出現時予以解決，並確保廠房以最佳效率運作。當地供應商支援 - 如有需要，Maverick Technologies與洛克威爾自動化 專家皆可快速回應。

Weber 表示：「從美學的角度來看，Ripon 充分整合的自動化控制系統提供全新的操作員體驗。」

Weber 表示：「現在當您坐在操作員的座椅上時，感覺就像正在駕駛一輛完整的汽車，而不是一輛搭載雪佛蘭車身、福特引擎及豐田儀表板的車輛。這項專案為我們廠房所有未來的專案奠定了標準，同時成為 Veresen 廠房設計的典範。」