Laborelec 公司以 NI CompactRIO 與 PXI 模擬並測試發電廠的渦輪速度控制器
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Author(s):
Wouter Termote - Laborelec SV, Dept. AISY
Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Energy/Power
Products:
Compact FieldPoint, CompactRIO, PXI/CompactPCI, LabVIEW, FPGA Module
The Challenge:
將現有的渦輪速度控制器測試設備與軟體，升級至自動化、可移動，且使用者適用的測試與模擬環境。
The Solution:
使用 NI 圖形化介面提升軟體，並升級硬體為可輕鬆移動的單一裝置；並可迅速進行視覺呈現、大幅縮減開發與安裝時間，並持續完整使用現有系統的功能。
"在 Laborelec，我們於 1985 年構想了第一版的進階即時互動式渦輪模擬 (Advanced Real-Time Interactive Simulation of Turbines，ARTIST) 的模擬軟體 (Net Simulator)。在接下來的 20 年間，我們新增許多更完整的功能至該軟體。"
© 在 Laborelec，我們於 1985 年構想了第一版的進階即時互動式渦輪模擬 (Advanced Real-Time Interactive Simulation of Turbines，ARTIST) 的模擬軟體 (Net Simulator)。在接下來的 20 年間，我們新增許多更完整的功能至該軟體。
透過此系統，我們可於發電廠中測試蒸氣渦輪速度控制器。在規劃的維護計畫中，我們連接速度控制器至 ARTIST 系統，以模擬外接元件、渦輪狀態、電源網路 (Power grid) 狀態，與電力需求。根據這些狀態，渦輪速度控制器將必須適當的同步化渦輪增壓器 (Turbo-alternator)，並調整活門等等。由於一般電廠、天然氣電廠，或核能電廠的速度控制器一旦發生問題，均可能導致極高的費用，甚至損壞渦輪；因此隨機測試這些功能為十分重要的例行工作。
舉例來說，當我們自電源網路切斷蒸汽渦輪時，我們使用 ARTIST 檢驗控制器是否能夠迅速控制蒸汽渦輪的速度。我們亦於電源網路的頻率波動 (Frequency fluctuation) 期間，使用該系統測試渦輪控制器的行為 (Behavior)。現有系統的限制即為該可攜性。系統裝載於大型機箱中，並包含數個條形圖表紙記錄器 (Strip chart recorder) 與類比獨立裝置。我們無法於渦輪速度控制器旁邊再安裝控制箱 (Control cabin)。我們將系統整合至以 C++ 所撰寫的衍生程式 – 所羅列的程式碼相等於 5 本大型書本。在整合之後，將造成費時的維護作業與升級限制。
建置新的 ARTIST 系統
我們於 2005 年同時升級硬體與軟體，並升級 ARTIST 軟體為圖形化的環境。我們以 NI LabVIEW 程式碼取代了超過 50,000 個 C++ 程式設計瑪，並於 LabVIEW 中再使用難以重新進行程式設計的核心 C 程式碼。在完成此過程之後，我們讓使用者能夠看到更實際的工業級程序。舉例來說，使用者可於多種電源網路條件下，迅速監控速度控制器的行為。再進一步來說，我們以包含了 NI CompactRIO 與 PXI，並可輕鬆移動的系統，取代先前的 ARTIST 硬體。如此大幅提升了機動性，並縮短渦輪速度控制器附近的 ARTIST 模擬器安裝時間。
硬體建置
透過此模組化軟體的方式，我們可以迅速更換硬體。亦可固定每組外接訊號至系統的任一個輸入。ARTIST 程式具有可定義每個輸入的設定模組。因此可固定輸入至實際 I/O 訊號，或至內部的軟體模擬。在稍後的案例中，我們將系統作為操作者與系統維護員的訓練模擬器，或使用之以測試新的程序控制架構。亦可連接 OPC 至其他程序或外接 DCS。透過 The MathWorks, Inc. MATLAB® 與 Simulink® 軟體，我們可插入已開發的模型。
針對實際 I/O，我們可透過最高 100 Hz 的控制迴路 (Control-loop) 速率，使用此系統整合 NI Compact FieldPoint；且/或透過 NI CompactRIO，以整合高速渦輪轉速計訊號的模擬作業，與其超過時效的低品質訊號。
此整個系統包含 Microsoft Windows XP 作業系統的 1 組 PXI 機箱 與 PXI 控制器。PXI 機箱 亦包含 1 組 NI PXI-5404 頻率產生器，可產生 50 Hz 的淨訊號 (Net signal)。
適於不同使用者的高價值工具
ARTIST 並不僅為廠房操作者的檢驗工具。舉例來說，維護人員可於維修或替換零件之後，使用 ARTIST 測試速度控制器，或測試新的處理控制結構與參數。Electrabel 公司為領先的歐洲能源公司，並為荷比盧同盟市場的第一名；亦於該訓練中心使用 ARTIST，以指導新的員工。
透過 ARTIST 程式，工程師可實地測試比利時境內的大多數火力發電單位，並進行調整。新的 ARTIST 已於 2006 年第一次使用於 Doel 的 4 號核能電廠修正期間。根據使用者的反應，Laborelec 將針對最大效能，持續升級模擬軟體 (Net simulator)。
MATLAB® 與 Simulink® 為 The MathWorks, Inc. 的註冊商標。
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