CÔNG NGHỆ BUS SỐ TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN (P.2)

Một số ưu điểm của công nghệ bus số là giảm kết nối cáp, ống dẫn. Điều này đơn giản hóa đáng kể thiết kế lắp đặt trong hiện trường liên quan. Việc giảm modul I/O có nghĩa là giảm chi phí, chi phí cabin liên quan cũng như dẫn đến giảm các thiết bị hiện trường.

Ứng dụng tại các nhà máy hiện đại

Việc xây dựng nhà máy nhiệt điện hiện đại là một trong những điều kiện thuận lợi nhất đối với việc ứng dụng công nghệ bus số và tính năng của tự động hóa. Thí dụ, một nhà máy nhiệt điện dự phòng ở vùng trung tâm phía bắc Hoa Kỳ (dự kiến sẽ đưa vào vận hành trong năm 2009) được lắp đặt hệ thống điều khiển Ovation Expert của Emerson Process Management cho gần như toàn bộ các chức năng điều khiển nhà máy. Hệ thống Ovation giao tiếp với hệ thống điều khiển turbine bằng cổng OPC, hệ thống điều khiển FGD PLC sử dụng Protocol Ethernet của Allen-Bradley. Công nghệ bus số được sử dụng tối ưu với nhiều điểm. Cả Foundation fieldbus và Profibus cũng được sử dụng nhiều.

Mọi van điều khiển trong nhà máy này là thiết bị Foundation fieldbus (bảng 1). Các thiết bị được áp dụng với hầu hết các chức năng điều khiển, trong đó có nước cung cấp, mức thùng, van xịt, nối turbine và các thiết bị analog. Nhiệt ngẫu được sử dụng trong cả hai nhà máy và đặt trên các modul TC I/O truyền thống hay modul Foundation fieldbus. Profibus-DP được sử dụng đối với tất cả motor chạy van cũng như cơ cấu chuyển mạch và thiết bị trung tâm điều khiển motor (MCC)

Các nhà cung cấp như Rockwell và Siemens hỗ trợ cả DeviceNet và Profibus- DP, trong khi các nhà cung cấp khác có giao diện truyền thông gốc sử dụng cho các adapter chuyển đổi sang công nghệ bus số theo yêu cầu. Cách tiếp cận tốt hơn sẽ là sử dụng giao diện nội địa nếu chúng được hỗ trợ bằng hệ thống điều khiển hơn là cứ sử dụng loại bus đơn.

Thử nghiệm tại nhà máy

Gần đây, những thử nghiệm tại nhà máy (FATs) của hệ thống điều khiển DCS đã mô phỏng các thiết bị nhà máy bằng cách kiểm soát bằng mạch điện điện tử việc cấp nguồn 4-20mA, các đồng hồ đo và chuyển mạch tới DCS I/O. FATs được thực hiện theo phương pháp này do tính phi thực tế của việc có đầy đủ các thiết bị hiện trường (đặc biệt là những thiết bị lớn như MCCs) phục vụ thử nghiệm. Gần hơn nữa, điều này đã được chấp nhận khi đưa các tín hiệu được mô phỏng tại cấp bus I/O thay vì các tín hiệu ở cấp hiện trường. Có được điều này là do sự tương đồng cao với công nghệ mô phỏng phần mềm. Thực nghiệm hiện trường hiện vẫn đòi hỏi việc lắp đặt DCS thực tế vào nhà máy để kết nối, thử nghiệm từng phần, định chỉnh và đưa thiết bị vào hoạt động. Thử nghiệm đơn giản này được hiểu và chấp nhận. Dẫu sao đi chăng nữa, để khẳng định sự liên kết giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị dựa trên nền tảng kênh, quá trình này thực sự tốn nhiều thời gian và nhân lực.

Bởi việc sử dụng bus và việc tích hợp chúng vào các thiết bị cũng như hệ thống thiết bị, điều phi thực tế là sử dụng được tất cả các thiết bị thông minh cho việc thử nghiệm nhà máy DCS. Tuy vậy, một quá trình đã được thực hiện trơn tru trong một số dự án, đó là thử nghiệm một thiết bị đại diện cho mỗi loại thiết bị trong nhà máy. Điều này cung cấp cho nhà thiết kế minh chứng của khái niệm, cho phép nhà cung cấp hệ thống điều khiển xác nhận hoạt động với logic điều khiển đồng thời tái khẳng định với nhà đầu tư rằng kết nối sử dụng các bộ điều khiển phù hợp là khả thi trên cả dây chuyền HMI đến giao diện bus cho đến các thiết bị đại diện.

Nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) có thể lựa chọn các thiết bị với nhiều tính năng từ nhiều nhà cung cấp thiết bị; tuy nhiên sẽ là thích hợp hơn đối với các thiết bị được chứng nhận bởi các tổ chức bus số tương xứng mà chức năng của họ là đảm bảo tính hoạt động. Tuy nhiên, yêu cầu hiện nay thử nghiệm hệ thống trọn gói của nhà cung cấp thiết bị như một MCC hay hệ thống chuyển mạch, thông qua việc sử dụng gói PC lưu trữ bus số và cấu hình được kết nối thông qua đường dây và cáp phụ tới các thiết bị được cấu hình cho nhà máy. Điều này đảm bảo rằng các hệ thống được cung cấp có khả năng tương tác, truyền thông, giám sát và điều khiển quá trình với thời gian đáp ứng đạt yêu cầu.

Không có thử nghiệm nào được tiến hành đơn lẻ chứng minh được khả năng là dây chuyền truyền thông hoàn hảo. Tuy nhiên, khi kết hợp lại, chúng đã chứng minh được rằng các đơn vị có thể kết nối thành công và tạo ra ưu thế của việc đưa vào hoạt động hiện trường nhanh chóng và dễ dàng. Nhiều người trong ngành hi vọng rằng khi nhân viên ngành điện quen với các bus số, thử nghiệm FAT sẽ sử dụng lại công cụ mô phỏng phần mềm các tín hiệu kết hợp với các thử nghiệm kết nối thiết bị tiêu chuẩn nhà cung cấp DCS trên tất cả các giao diện bus số.

Phần mềm quản lí thiết bị

Ưu điểm lớn nhất của phần mềm quản lí tài sản là cung cấp vị trí đơn cho cấu hình thiết bị, quản lí định chỉnh, chẩn đoán cũng như ghi chép tài liệu của thiết bị thông minh trong nhà máy. Quá trình đưa vào hoạt động cho phép cấu hình được thực hiện trên tất cả giao diện màn hình đồ họa với các thiết bị. Nhân viên hiện trường được yêu cầu chỉ để xác minh thiết bị quá trình chính xác được đọc hay điều khiển và hoạt động của van cũng như cơ cấu phản hồi được điều chỉnh chính xác trên các actuator. Việc ghi quá trình định chỉnh và một đường kiểm tra điều chỉnh, trong đó có các nhân tố thực hiện, được bảo quản phục vụ việc tham khảo trong tương lai.

Để nhận ra đầy đủ tính năng của các thiết bị thông minh, một hệ thống DCS sử dụng Foundation fieldbus sẽ được cung cấp với phần mềm quản lí và chẩn đoán. Hệ thống Ovation của Emerson đòi hỏi gói hệ thống quản lí thiết bị (AMS Suite) phục vụ mục tiêu này. Mọi công cụ phần mềm quản lí thiết bị sẽ hỗ trợ tối thiểu số đầu thiết bị. Số đầu thiết bị sẽ được điều chỉnh trong đó có các thiết bị quan trọng nhất. Với các phần mềm quản lí, việc biết được có bao nhiêu đầu thiết bị được cung cấp và xác định số này hiệu quả đối với dự án là quan trọng.

Ngoài ra còn có các gói bổ sung lựa chọn mở rộng khả năng chẩn đoán và phân tích thiết bị của mỗi nhà cung cấp. Chúng sẽ được tổng kết và xác định trong gói phần mềm quản lí và chẩn đoán thiết bị

Giá trị thực tế của phần mềm quản lí thiết bị là hoạt động và khả năng tiết kiệm chi phí bảo trì của nó. Thiết bị Foundation fieldbus có 3 cấp cảnh báo chẩn đoán bên trong: hỏng học, tư vấn và thông tin. Mỗi loại cảnh báo có thể mang nhiều đối tượng cộng tác. Các cảnh báo sẽ được tích hợp trong hệ thống điều khiển, với công tác lọc dựa trên tầm quan trọng của thiết bị, chẩn đoán vấn đề và hỏng hóc của thiết bị. Bên cạnh đó, nhân viên bảo trì còn có khả năng truy cập đầy đủ và chi tiết dữ liệu chẩn đoán dự phòng để giám sát, lên kế hoạch và sửa chữa hay tách các yếu tố cần thiết để gỡ bỏ cảnh báo