InTouch 在電力冰生產(chǎn)中系統(tǒng)中的應(yīng)用 　　LINCOLN,NE——當(dāng)LINCOLN 電氣系統(tǒng)公司（Lincoln Electric System）正在尋求一種能夠在夏天負(fù)荷高峰期擴(kuò)大其發(fā)電能力的方法時(shí)，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(chǔ)（TES），可以將周邊的溫度降低，使燃燒渦輪進(jìn)口處的空氣密度增大————相當(dāng)于是一個(gè)用渦輪增壓的自動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣一來，就可以在不安裝昂貴的新的發(fā)動(dòng)裝置的情況下，發(fā)出更多的電。 　　到20世紀(jì)80年代后期，LINCOLN ELECTREIC的總裝機(jī)容量達(dá)647,000KW，主要用核能和燃煤裝置作為基本發(fā)電設(shè)備，供87,000多用戶用電。除此之外，還用了一個(gè)燒柴油的名牌為57MW的渦輪（備用裝置），來解決負(fù)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(fù)荷高峰期的發(fā)電要求問題。因?yàn)檫@種裝置相對(duì)于要消耗大量燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪的噴射式發(fā)電裝置要小得多，相對(duì)比較便宜，而且可以方便地啟動(dòng)并投入運(yùn)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(jī)，作為備用裝置，其一年內(nèi)的使用時(shí)間尚不足500小時(shí)。 　　預(yù)測(cè)顯示，到1994年，這套裝置必須能提供更強(qiáng)的發(fā)電能力。公司面臨兩種選擇，擴(kuò)大裝機(jī)容量或者是更充分地利用現(xiàn)有的設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)————熱能儲(chǔ)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(diǎn)，但也有其自身的一些缺點(diǎn)。其中最大的一個(gè)問題就是它們對(duì)周邊的環(huán)境條件太敏感。它們屬于流量機(jī)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(dāng)氣溫升高時(shí)，因?yàn)檫M(jìn)口處空氣的濃度降低，發(fā)電能力將隨之降低。當(dāng)對(duì)發(fā)電能力的要求非?？量虝r(shí)，這并非是一種好的解決方案。在進(jìn)口處，空氣溫度每降低1度，輸出就可以提高0.4%,但對(duì)于傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，諸如蒸汽冷卻、在線冷卻等，因?yàn)閮r(jià)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(gè)區(qū)域性的系統(tǒng)中采用’冰存儲(chǔ)冷卻’法，服務(wù)于某一城市或地區(qū)。同時(shí)，我們也在考慮增大渦輪的輸出問題，所以，對(duì)我們來說，應(yīng)該將這兩種工程概念結(jié)合起來?！卑l(fā)電與特種工程高級(jí)工程師Tom Davlin解釋說?！拔覀兣cBurns & McDonnell共同努力，開發(fā)冰生產(chǎn)系統(tǒng)，并在1991年夏天安裝運(yùn)行?！? 　　該套冰冷卻系統(tǒng)是一套容量達(dá)550噸的氨水冷卻系統(tǒng)，在一個(gè)1,100,000加侖的儲(chǔ)存罐的頂上使用了三套制冰裝置，每小時(shí)的冰產(chǎn)量可達(dá)23噸。冰基本上都在深夜用電需求最小的負(fù)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(jìn)口空氣以每小時(shí)4英里的速度流過冷卻圈，通過渦輪壓縮機(jī)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?yàn)榱髁康拿黠@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(shí)的冰產(chǎn)量可達(dá)23噸 通過渦輪壓縮機(jī)的壓縮，溫度可以從101° F 降低到 40° F 　　 　　“在安裝系統(tǒng)的同時(shí)，我們對(duì)渦輪進(jìn)行了相關(guān)的改造，將之改造為一個(gè)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?！拔覀儽仨毿藿ㄒ粭l長達(dá)11英里的天然氣管道到電廠，但使用了燃?xì)庵?，可以增加足夠兆瓦?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(fèi)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(jìn)便不容易。一個(gè)主要的原因就是要對(duì)冰冷卻系統(tǒng)和渦輪運(yùn)行進(jìn)行恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)控、對(duì)其內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)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(dòng)開關(guān)和測(cè)量儀表盤、用基于Windows的人機(jī)界面（MMI）對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)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(jī)，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(yīng)用軟件包開發(fā)了用于監(jiān)控PLC的MMI系統(tǒng)。它運(yùn)行在一臺(tái)486/33 PC上（8megabytes的內(nèi)存、120MB的硬盤空間、一個(gè)1024X780VGA非交錯(cuò)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(shù)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(xùn)，并于同年7月完成了MMI的開發(fā)，投入運(yùn)行?？偣灿昧硕鄠€(gè)畫面來監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的300個(gè)模擬、數(shù)字量。除了主菜單畫面外，對(duì)于然氣線上的操作、所耗然氣的溫度、發(fā)電渦輪機(jī)的運(yùn)行、設(shè)備溫度、燃燒監(jiān)控、冰生產(chǎn)設(shè)備、水循環(huán)、進(jìn)口氣流、報(bào)警摘要、實(shí)時(shí)趨勢(shì)與歷史趨勢(shì)等的監(jiān)控操作則由單獨(dú)的畫面來完成。 　　MMI應(yīng)用程序在配置和調(diào)試系統(tǒng)過程中，與運(yùn)行時(shí)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(duì)熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，但后來證明，它對(duì)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(shí)時(shí)趨勢(shì)（查看氣壓）之前，對(duì)于是否能夠獲得足夠的氣壓、管道上的主控閥是否正確運(yùn)行等問題，我們是無法向煤氣公司確認(rèn)的”。 　　“在冰生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行上，我們也遇到了類似的問題，”他補(bǔ)充道?！霸谖覀儧]能對(duì)冰生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵的壓力值和其它一些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控之前，是沒法弄清楚生產(chǎn)能力為什么會(huì)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(guān)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(shì)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(dòng)化。MMI用來自動(dòng)產(chǎn)生每小時(shí)的關(guān)于渦輪溫度、運(yùn)行承受狀況、發(fā)電機(jī)溫度、瓦特、伏安、熱電耦等的報(bào)表?！斑@是個(gè)很好的工具，使操作員知道當(dāng)前渦輪和冰生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)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(guān)、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(shí)自動(dòng)地打印出報(bào)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(dāng)遇到問題要診斷的時(shí)候，還可以修復(fù)數(shù)據(jù)。我們同樣也通過MMI采集并保存了對(duì)周圍環(huán)境的輻射數(shù)據(jù)，便于我們的環(huán)境工程師準(zhǔn)備他們的季度報(bào)告（給環(huán)保總局EPA）。所有的這些數(shù)據(jù)都通過NetDDE反饋到Excel電子表格當(dāng)中，以便分析。” 　　Davlin和他的員工準(zhǔn)備在1993年夏天對(duì)Rokeby電廠進(jìn)行擴(kuò)容，需額外增加一個(gè)噴水系統(tǒng)來擴(kuò)大燃燒渦輪的容量?！拔覍?duì)能否在不用PLC和In Touch監(jiān)控體系的情況下運(yùn)行這套熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)表示懷疑，僅僅因?yàn)槠渲邪舜罅康倪\(yùn)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(yùn)行很正常。而如果用增加發(fā)電設(shè)備的方法，則投資要達(dá)$400-600/KW?！? “另外，如今我們對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況更加熟悉，估計(jì)安裝噴水系統(tǒng)將更加簡單，”他補(bǔ)充道?！拔覀儗⒘硗庑藿ㄒ惶變?chǔ)水容器（罐）和噴射剎車，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?！?