以 cFP-2120 進行火力發電廠煙囪的汞擴散監控

Author(s):
Richard Brueggman - Data Science Automation

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Oil and Gas/ Refining/ Chemicals, Machines/Mechanics

Products:
Compact FieldPoint, LabVIEW, PDA Module

The Challenge:
開發可靠的汞擴散取樣系統，以針對火力發電廠的相關聯邦法規，提供控制、校準，與維護功能。

The Solution:
建立彈性的即時軟體架構，並透過無線通訊介面，將 NI Compact FieldPoint 可程式化自動控制器 (PAC) 佈署至 PDA。PDA 可顯示所有狀態與操作者的互動情況。該系統可將資料儲存至 CompactFlash 記憶裝置，並透過 RS-485 序列連結功能，將資料傳輸至資料記錄器 (Logger)。 「此成功的專案，則應歸因於 cFP-2120 的處理與自動化功能。」 根據聯邦空氣清潔法 (Federal clean air regulation)，必須持續監控火力發電廠的汞擴散情形。此量測技術的取樣率，則將依照煙囪流量的比例持續進行調整。此外，必須自動化所有的校準、維護，與滲漏 (Leak) 檢查作業。使用 PAC 的系統可進行遠端作業，並控制 1 個禮拜份量的樣本收集作業。唯一的電腦連結，即為 RS-485 輸出至資料記錄器。因此，所有 PAC 的控制與程式設計，還有使用者意見反應，均透過 NI LabVIEW PDA Module 的 PDA 無線連結所進行。

取樣模式

整體系統控制的 2 種取樣方式為取樣幫浦 (Sampling pump) 與滲漏檢查活門。而 NI Compact FieldPoint 則透過脈寬 (Pulse-width) 調變，操作比例控制 (Proportional control) 活門。在連接至 Compact FieldPoint 的組 (Bank) 之後，可立刻進行系統硬體模組的測試與除錯作業。此可於 LabVIEW 程式設計趨於應用專屬化之前，儘早發現程序中的多個設計問題。

依 1/2 的間隔收集資料，而每筆資料可透過序列連結已傳輸至遠端系統。資料可每小時進行平均。每小時的平均資料將儲存至非揮發性記憶裝置，並用於調整流量與溫度控制的設定點 (Set point)。所有資料可與一系列的警示設定點進行比較，可於警示期間進行系統旗標 (System flag)，或停止取樣作業。在警示期間，系統亦必須要能進入或退出暫止函式 (Suspended function)。整合至 cFP-2120 的 RS-485 連結功能，可進行工業級序列通訊，而可擴充記憶體的 CompactFlash 插槽，則可進行長期的資料儲存功能。

並由控制迴路同步執行資料收集、廣播 (Broadcasting)，與分析函式。加熱器 (Heater) 則由 PID 迴路進行控制，以維持取樣埠 (Sampling port) 的穩定溫度。同樣的，為了維持穩定的取樣流量 (Sampling flow) 比例，並進一步更改煙囪流量速率，每個流量通道均尤其專屬的 PID 控制器所控制。這些迴路將參照使用者定義的設定點，搭配所量測的數值，以維持流量與溫度於所需的數值。

 

PDA 連結功能

若系統處於遠端位置，或缺少網路連結功能，則表示該裝置可進行「遠端控制 (Headless)」，或不需要電腦連結功能。將 cFP-2120 作為共用的變數伺服器 (Variable server)，並透過共用的變數程式庫 (Variable library)，所佈署的可執行檔即可溝通 PDA 裝置。除了可透過網路公佈變數之外，802.11 無線乙太網路橋接亦可連接 cFP-2120 乙太網路埠至 PDA 的無線功能。PDA 可溝通系統指令碼與變更的程式狀態，亦可顯示並更改系統設定。除了先前所敘述的自動化取樣模式之外，PDA 亦可用於操作多個使用者互動模式。

 

校準

此模式將檢查所有內建的系統感測器。校準的複雜度範圍，可涵蓋簡單的熱電偶校準，到複雜的乾式氣體表 (Dry gas meter) 的流量檢查。所有的校準資料均以LabVIEW 的 .CAL 組態檔案格式，儲存於 PAC 的本端。將從這些檔案中檢索出最新的校準數值，可於每次執行取樣作業時，轉換並調整從 Compact FieldPoint 模組讀取的原始數值。

 

滲漏檢查

在每次執行取樣作業時，系統亦將進行此自動化檢查，以確認取樣通道的完整性。在每次測試前後，系統均將檢查該筆數值，讓使用者可依需要接受或重複測試。

 

維護作業

在維護模式期間，使用者可完全控制系統。此模式可關閉或開啟所有的幫浦與活門，亦可讀取目前 Compact FieldPoint 所有通道的狀態。在此模式中，可輸入、讀取，或更新使用者定義的函式設定點。在此模式期間，cFP-2120 系統時間將自動與 PDA 同步化，以避免產生不一致的時間戳記數值。

 

資料轉換

CompactFlash 2G 記憶體則代表系統可累積數年的資料。針對診斷程序與記錄保存，轉換機制則設定從 PAC 收集資料檔案，並傳送至 PDA。連接至 Compact FieldPoint 的 PDA 可稍後產生包含全部現有 .DAT 或 .CAL 檔案的清單，而所有檔案均可透過 TCP/IP 協定，選擇並複製到 PDA 的記憶體。在執行取樣期間，系統亦可避免轉換目前使用中或不完整的資料檔案。

此項專案的成功，歸因於 cFP-2120 的處理與自動化功能，還有整合 PDA 控制系統的簡單易用性。此針對使用者所簡化的介面，可讓自動化程序進行大部分的取樣功能。將 cFP-2120 整合乙太網路與序列通訊功能之後，可進一步提升效能。CompactFlash 記憶體可省下其他硬體整合與除錯的時間。

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Richard Brueggman
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