InTouch 在電力冰生產(chǎn)中系統(tǒng)中的應用 　　LINCOLN,NE——當LINCOLN 電氣系統(tǒng)公司（Lincoln Electric System）正在尋求一種能夠在夏天負荷高峰期擴大其發(fā)電能力的方法時，工程顧問告訴他們————“冷卻”。 　　后來在“冰生產(chǎn)”系統(tǒng)中，通過使用熱能存儲（TES），可以將周邊的溫度降低，使燃燒渦輪進口處的空氣密度增大————相當于是一個用渦輪增壓的自動發(fā)動機，這樣一來，就可以在不安裝昂貴的新的發(fā)動裝置的情況下，發(fā)出更多的電。 　　到20世紀80年代后期，LINCOLN ELECTREIC的總裝機容量達647,000KW，主要用核能和燃煤裝置作為基本發(fā)電設備，供87,000多用戶用電。除此之外，還用了一個燒柴油的名牌為57MW的渦輪（備用裝置），來解決負荷高峰期（如夏天等）的用電需求。和大多數(shù)美國公司一樣，LINCOLN ELECTRIC也是用燃燒渦輪來處理負荷高峰期的發(fā)電要求問題。因為這種裝置相對于要消耗大量燃氣驅(qū)動渦輪的噴射式發(fā)電裝置要小得多，相對比較便宜，而且可以方便地啟動并投入運行，供發(fā)生在數(shù)分鐘內(nèi)的突發(fā)事情使用。在位于Nebraska省城南邊的Rokeby Station使用的GE MS7001B型渦輪發(fā)電機，作為備用裝置，其一年內(nèi)的使用時間尚不足500小時。 　　預測顯示，到1994年，這套裝置必須能提供更強的發(fā)電能力。公司面臨兩種選擇，擴大裝機容量或者是更充分地利用現(xiàn)有的設備。他們選擇了后者，并在Kansas城的顧問Burns & McDonnell的幫助下，他們開發(fā)了世界上第一套電力應用系統(tǒng)————熱能儲存，即大家熟知的“冰冷卻”系統(tǒng)。 　　克服了自然的低效率問題 　　雖然燃燒渦輪具有很多的優(yōu)點，但也有其自身的一些缺點。其中最大的一個問題就是它們對周邊的環(huán)境條件太敏感。它們屬于流量機械，其發(fā)電能力取決于與燃料混合的燃燒空氣的密度。這就意味著在炎熱的夏天，當氣溫升高時，因為進口處空氣的濃度降低，發(fā)電能力將隨之降低。當對發(fā)電能力的要求非?？量虝r，這并非是一種好的解決方案。在進口處，空氣溫度每降低1度，輸出就可以提高0.4%,但對于傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，諸如蒸汽冷卻、在線冷卻等，因為價格昂貴，且難于控制，因此，這種方法的效率是有限的。 　　“我們考慮在一個區(qū)域性的系統(tǒng)中采用’冰存儲冷卻’法，服務于某一城市或地區(qū)。同時，我們也在考慮增大渦輪的輸出問題，所以，對我們來說，應該將這兩種工程概念結合起來。”發(fā)電與特種工程高級工程師Tom Davlin解釋說。“我們與Burns & McDonnell共同努力，開發(fā)冰生產(chǎn)系統(tǒng)，并在1991年夏天安裝運行。” 　　該套冰冷卻系統(tǒng)是一套容量達550噸的氨水冷卻系統(tǒng)，在一個1,100,000加侖的儲存罐的頂上使用了三套制冰裝置，每小時的冰產(chǎn)量可達23噸。冰基本上都在深夜用電需求最小的負荷低潮階段生產(chǎn)，循環(huán)水通過在罐內(nèi)與冰混合，并以每分鐘10000加侖的流量輸送到冷卻圈內(nèi)。進口空氣以每小時4英里的速度流過冷卻圈，通過渦輪壓縮機的壓縮，溫度可以從101° F 降低到 40° F。最終可以使渦輪的輸出提高25%。因為流量的明顯增加，相同系統(tǒng)的發(fā)電能力約增加了11MW（約15000馬力）。 每小時的冰產(chǎn)量可達23噸 通過渦輪壓縮機的壓縮，溫度可以從101° F 降低到 40° F 　　 　　“在安裝系統(tǒng)的同時，我們對渦輪進行了相關的改造，將之改造為一個雙管燃料體系，這樣一來，既可以使用天然空氣，也可以使用柴油，” Davlin說。“我們必須修建一條長達11英里的天然氣管道到電廠，但使用了燃氣之后，可以增加足夠兆瓦數(shù)的發(fā)電量。而且還將氮氧化物的產(chǎn)生量降低了38%，將燃料耗費量降低到原來的60%多?！? 　　 　　新型的PLC和MMI控制 　　然而，所有的這些改進便不容易。一個主要的原因就是要對冰冷卻系統(tǒng)和渦輪運行進行恰當?shù)谋O(jiān)控、對其內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行正確的采集。這一問題最終通過使用可編程邏輯控制器（PLC）來代替原來的手動開關和測量儀表盤、用基于Windows的人機界面（MMI）對系統(tǒng)的運行進行連續(xù)的監(jiān)視而得以解決。 　　控制系統(tǒng)內(nèi)使用了兩套AB的PLC：一套5/15用來控制渦輪發(fā)電機，一套5/20用來控制冷卻單元和閉環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)。此外，Davlin還用Wonderware軟件開發(fā)公司的In Touch應用軟件包開發(fā)了用于監(jiān)控PLC的MMI系統(tǒng)。它運行在一臺486/33 PC上（8megabytes的內(nèi)存、120MB的硬盤空間、一個1024X780VGA非交錯顯卡和250MB的備份單元）。InTouch MMI程序通過Wonderware 的 DDE Server（I/O Server）與PLC連接，而通過NetDDE軟件將數(shù)據(jù)從PLC送到MMI工作站。 　　由Davlin和來自Burns & McDonnell工程技術人員共同開發(fā)的MMI畫面主要用來監(jiān)視系統(tǒng)和采集數(shù)據(jù)。Davlin于1991年5月在Wonderware接受培訓，并于同年7月完成了MMI的開發(fā)，投入運行?？偣灿昧硕鄠€畫面來監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的300個模擬、數(shù)字量。除了主菜單畫面外，對于然氣線上的操作、所耗然氣的溫度、發(fā)電渦輪機的運行、設備溫度、燃燒監(jiān)控、冰生產(chǎn)設備、水循環(huán)、進口氣流、報警摘要、實時趨勢與歷史趨勢等的監(jiān)控操作則由單獨的畫面來完成。 　　MMI應用程序在配置和調(diào)試系統(tǒng)過程中，與運行時一樣有用。按Davlin的說法，“我們起初之所以在加入In Touch軟件包，是出于要用它對熱能存儲系統(tǒng)進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，但后來證明，它對于燃燒渦輪的監(jiān)控也一樣重要”，“譬如，在我們引入In Touch的實時趨勢（查看氣壓）之前，對于是否能夠獲得足夠的氣壓、管道上的主控閥是否正確運行等問題，我們是無法向煤氣公司確認的”。 　　“在冰生產(chǎn)設備的運行上，我們也遇到了類似的問題，”他補充道?！霸谖覀儧]能對冰生產(chǎn)系統(tǒng)中的關鍵的壓力值和其它一些參數(shù)進行監(jiān)控之前，是沒法弄清楚生產(chǎn)能力為什么會明顯下降的。它為我們提供了診斷冰生產(chǎn)系統(tǒng)中出現(xiàn)真空的線索。我們便可以改變相關的參數(shù)，觀察畫面上有什么情況發(fā)生。我們還可以通過趨勢圖調(diào)節(jié)控制水管閥門的PID（比例、積分、微分）環(huán)，來調(diào)整流過冷卻圈的水流量。” 　　這種新型的控制監(jiān)控系統(tǒng)大大簡化了Lincoln Electric員工的日常工作，將很多過去得用人工完成的工作自動化。MMI用來自動產(chǎn)生每小時的關于渦輪溫度、運行承受狀況、發(fā)電機溫度、瓦特、伏安、熱電耦等的報表。“這是個很好的工具，使操作員知道當前渦輪和冰生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的運行情況，”Davlin解釋道，“他們可以確切地’看見’系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了什么，而不是僅僅根據(jù)PLC來判斷（內(nèi)部情況）。以前，操作員不得不成天地來回按開關、查看儀表盤、手工將數(shù)據(jù)記錄到筆記本內(nèi)的表格中。如今，我們開發(fā)的這些畫面可以通過打印程序每隔一小時自動地打印出報表。一天內(nèi)所采集到的全廠內(nèi)的數(shù)據(jù)都可以存放在日記錄文件中（平均約為4—5MB的空間）；還在磁盤做有備份，所當遇到問題要診斷的時候，還可以修復數(shù)據(jù)。我們同樣也通過MMI采集并保存了對周圍環(huán)境的輻射數(shù)據(jù)，便于我們的環(huán)境工程師準備他們的季度報告（給環(huán)?？偩諩PA）。所有的這些數(shù)據(jù)都通過NetDDE反饋到Excel電子表格當中，以便分析?！? 　　Davlin和他的員工準備在1993年夏天對Rokeby電廠進行擴容，需額外增加一個噴水系統(tǒng)來擴大燃燒渦輪的容量?！拔覍δ芊裨诓挥肞LC和In Touch監(jiān)控體系的情況下運行這套熱能儲存系統(tǒng)表示懷疑，僅僅因為其中包含了大量的運行參數(shù)，”他說道?！暗覀冏罱K只用了$225/KW的投資就完成了我們要做的事情，且運行很正常。而如果用增加發(fā)電設備的方法，則投資要達$400-600/KW。” “另外，如今我們對控制系統(tǒng)的運行情況更加熟悉，估計安裝噴水系統(tǒng)將更加簡單，”他補充道?！拔覀儗⒘硗庑藿ㄒ惶變λ萜鳎ü蓿┖蛧娚鋭x車，因此將增加一套PLC，將它鏈接到MMI上，并加上額外的In Touch畫面。就這么簡單?！?