InTouch 在電力冰生產中系統中的應用 　　LINCOLN,NE——當LINCOLN 電氣系統公司（Lincoln Electric System）正在尋求一種能夠在夏天負荷高峰期擴大其發電能力的方法時，工程顧問告訴他們————“冷卻”。 　　后來在“冰生產”系統中，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動機，這樣一來，就可以在不安裝昂貴的新的發動裝置的情況下，發出更多的電。 　　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電要求問題。因為這種裝置相對于要消耗大量燃氣驅動渦輪的噴射式發電裝置要小得多，相對比較便宜，而且可以方便地啟動并投入運行，供發生在數分鐘內的突發事情使用。在位于Nebraska省城南邊的Rokeby Station使用的GE MS7001B型渦輪發電機，作為備用裝置，其一年內的使用時間尚不足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，他們開發了世界上第一套電力應用系統————熱能儲存，即大家熟知的“冰冷卻”系統。 　　克服了自然的低效率問題 　　雖然燃燒渦輪具有很多的優點，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境條件太敏感。它們屬于流量機械，其發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，發電能力將隨之降低。當對發電能力的要求非常苛刻時，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%,但對于傳統的冷卻系統，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。 　　“我們考慮在一個區域性的系統中采用’冰存儲冷卻’法，服務于某一城市或地區。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，開發冰生產系統，并在1991年夏天安裝運行。” 　　該套冰冷卻系統是一套容量達550噸的氨水冷卻系統，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，循環水通過在罐內與冰混合，并以每分鐘10000加侖的流量輸送到冷卻圈內。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，相同系統的發電能力約增加了11MW（約15000馬力）。 每小時的冰產量可達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的發電量。而且還將氮氧化物的產生量降低了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和渦輪運行進行恰當的監控、對其內部的數據進行正確的采集。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）對系統的運行進行連續的監視而得以解決。 　　控制系統內使用了兩套AB的PLC：一套5/15用來控制渦輪發電機，一套5/20用來控制冷卻單元和閉環水循環系統。此外，Davlin還用Wonderware軟件開發公司的In Touch應用軟件包開發了用于監控PLC的MMI系統。它運行在一臺486/33 PC上（8megabytes的內存、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軟件將數據從PLC送到MMI工作站。 　　由Davlin和來自Burns & McDonnell工程技術人員共同開發的MMI畫面主要用來監視系統和采集數據。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，投入運行。總共用了二十多個畫面來監控系統內部的300個模擬、數字量。除了主菜單畫面外，對于然氣線上的操作、所耗然氣的溫度、發電渦輪機的運行、設備溫度、燃燒監控、冰生產設備、水循環、進口氣流、報警摘要、實時趨勢與歷史趨勢等的監控操作則由單獨的畫面來完成。 　　MMI應用程序在配置和調試系統過程中，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進行監控和數據采集，但后來證明，它對于燃燒渦輪的監控也一樣重要”，“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”。 　　“在冰生產設備的運行上，我們也遇到了類似的問題，”他補充道。“在我們沒能對冰生產系統中的關鍵的壓力值和其它一些參數進行監控之前，是沒法弄清楚生產能力為什么會明顯下降的。它為我們提供了診斷冰生產系統中出現真空的線索。我們便可以改變相關的參數，觀察畫面上有什么情況發生。我們還可以通過趨勢圖調節控制水管閥門的PID（比例、積分、微分）環，來調整流過冷卻圈的水流量。” 　　這種新型的控制監控系統大大簡化了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用來自動產生每小時的關于渦輪溫度、運行承受狀況、發電機溫度、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系統內的運行情況，”Davlin解釋道，“他們可以確切地’看見’系統內發生了什么，而不是僅僅根據PLC來判斷（內部情況）。以前，操作員不得不成天地來回按開關、查看儀表盤、手工將數據記錄到筆記本內的表格中。如今，我們開發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。一天內所采集到的全廠內的數據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，還可以修復數據。我們同樣也通過MMI采集并保存了對周圍環境的輻射數據，便于我們的環境工程師準備他們的季度報告（給環保總局EPA）。所有的這些數據都通過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來擴大燃燒渦輪的容量。“我對能否在不用PLC和In Touch監控體系的情況下運行這套熱能儲存系統表示懷疑，僅僅因為其中包含了大量的運行參數，”他說道。“但我們最終只用了$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的運行情況更加熟悉，估計安裝噴水系統將更加簡單，”他補充道。“我們將另外修建一套儲水容器（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。”