مقایسه سیستم کنترل توربین بومی سازی شده GE Mark VI با سایر سیستمهای کنترل توربین
مقایسه سیستم کنترل توربین بومی سازی شده GE Mark VI با سایر سیستمهای کنترل توربین
مقایسه سیستم کنترل توربین بومی سازی شده GE Mark VI با سایر سیستمهای کنترل توربین
وجود یک سیستم کنترل توربین بومی و مستقل برای صنایع نیروگاهی کشور از اهمیت بالایی برخوردار است. پارس پرداز با طراحی و تولید نسخه بومی 𝘂𝘁 Mark VI به عنوان نخستین سیستم کنترل توربین کاملاً ایرانی توانسته است نیاز بازار داخلی به کنترلرهای پیشرفته توربینهای گاز و بخار را برطرف کند. این سیستم با اتکا به معماری مدولار، پردازندهٔ سریع و استاندارد TMR (سهماژولار افزونه) از نظر پایداری و اطمینان عملیاتی در سطحی بالاتر از بسیاری از سامانههای خارجی قرار میگیرد. در این مقاله، امکانات سیستم Mark VI بومی با سیستمهای کنترل توربین دیگر نظیر Siemens SPPA‑T3000، ABB Symphony Plus و Bently Nevada 3500 مقایسه میشود تا نقاط قوت و تفاوتها مشخص گردد.
معرفی سیستم کنترل توربین Mark VI بومی
معرفی سیستم کنترل توربین Mark VI بومیسیستم Mark VI بومی سازی شده توسط پارس پرداز نسخهای پیشرفته از کنترلرهای GE است که برای انواع توربینهای گاز و بخار بهینه شده است. مهمترین ویژگیهای این سامانه در چند محور خلاصه میشود:
معماری کنترلر و سختافزار
کنترلر UCV یک برد 6U با اسلاتهای تک یا دو تایی است که بر روی رک VME قرار میگیرد و کدهای کنترلی توربین را اجرا میکند. سیستمعامل آن QNX است که به صورت زمانواقعی کار میکند و تا ۱۰۰ هزار روند یا بلوک در ثانیه را پردازش مینماید.
کنترلر دارای سه پورت ارتباطی است؛ یک پورت اترنت برای ارتباط با HMI و تجهیزات دیگر، و دو پورت سریال RS‑232C که یکی برای پیکربندی و دیگری برای ارتباط با سیستمهای DCS مانند مودباس استفاده میشود.
در سامانههای بزرگ، معماری سهماژولار افزونه (TMR) به کار میرود. در این روش، ورودیهای آنالوگ از طریق برد VAIC به سه رک R، S و T تقسیم میشوند و خروجیها بهصورت میانگینگیری سختافزاری تولید میگردند؛ در صورت خرابی یکی از بردها، دو برد دیگر عملکرد صحیح را ادامه میدهند.
برای توربینهای کوچک، سیستم سیمپلکس با بردهای DIN ریل طراحی شده است که به طور مستقیم به شاسی کنترل متصل میشود. در این حالت از شبکه IONet استفاده نمیشود و اتصالات مستقیم به بردهای I/O صورت میگیرد، هزینه و فضای نصب کاهش مییابد و ولتاژ تغذیه ۲۴ ولت DC استفاده میشود.
نرمافزار، بهروزرسانی و تشخیص خطا
کنترلر میتواند نرمافزار کاربردی را به صورت برخط و بدون نیاز به خاموشی اصلاح کند؛ این قابلیت باعث انعطافپذیری بالا در بهینهسازی منطق کنترل و اعمال تغییرات میشود.
سیستم مجهز به چراغهای وضعیت و تولید آلارمهای تشخیصی است. در صورت بروز خرابی، کد خطا توسط چراغهای LED یا از طریق پورت سریال COM1 نمایش داده میشود و مهندسان میتوانند با ابزارهای مخصوص، علت خطا را تشخیص دهند.
مزایای کلیدی
- قابلیت اطمینان بالا: استفاده از معماری TMR در سیستمهای بزرگ و رفع خودکار خرابی در بردهای I/O، از بروز خطاهای تک نقطهای جلوگیری میکند.
- انعطافپذیری در مقیاس: امکان استفاده از سیستمهای سیمپلکس برای توربینهای کوچک و TMR برای واحدهای بزرگ، موجب میشود مجموعهٔ یکسانی از کنترلرها در کاربردهای مختلف قابل استفاده باشند.
- پاسخگویی سریع: سیستمعامل QNX با قابلیت پردازش تعداد زیادی ردیف برنامه در ثانیه، کنترلر را برای سیستمهای حیاتی بسیار مناسب ساخته است.
- قابلیت بهینهسازی برخط و تشخیص پیشرفته: امکان اصلاح نرمافزار بدون توقف و وجود سیستم تشخیصی پیشرفته باعث کاهش زمان توقف و هزینههای نگهداری میشود.
معرفی چند سیستم کنترل توربین دیگر
برای ارزیابی مزیتهای سیستم Mark VI بومی، لازم است ویژگیهای برخی سیستمهای رایج دیگر بررسی شود.
Siemens SPPA‑T3000
این سامانه یک DCS جدید برای صنعت نیروگاهی است که نرمافزار آن به صورت Java‑محور طراحی شده و روی یک سرور استراتوس افزونه اجرا میشود
ارتباط بین کنترلر و سرور با پروتکل PROFINET انجام میشود و امکان افزونهسازی شبکه وجود دارد
تمامی ایستگاههای اپراتوری و مهندسی به صورت Thin‑Client و از طریق مرورگر وب به سرور وصل میشوند؛ بدین ترتیب، نرمافزار فقط روی سرور مرکزی نصب است و نگهداری سیستم سادهتر میشود
تمرکز معماری بر سرور باعث میشود سرور و شبکهٔ ارتباطی به نقاط حساس سیستم تبدیل شوند. برای افزایش دسترسپذیری، از سرورهای Stratus با قابلیت non‑stop computing و شبکهٔ ارتباطی افزونه استفاده میشود
ABB Symphony Plus
Symphony Plus یک سیستم کنترل توزیعشده است که برای ارتقای کارآیی و قابلیت اطمینان نیروگاه و یکپارچهسازی کل فرآیند طراحی شده است
این سامانه با نسلهای پیشین سیستمهای ABB سازگاری دارد و امکان نوسازی با کمترین ریسک و اختلال را فراهم میکند
Symphony Plus برای مقیاسهای مختلف نیروگاه مناسب است و از طریق یکپارچهسازی کنترل و تحلیل لحظهای، عملکرد بهینهتری ارائه میدهد
نمونههایی از پیادهسازیهای آن نشان میدهد که استفاده از کلاسترهای ماشین مجازی با افزونه بالا موجب افزایش قابلیت اطمینان میشود
Bently Nevada 3500
این سیستم، یک سامانه پایش و حفاظت ارتعاشات برای توربینها و سایر ماشینآلات دوار است و به صورت آنلاین وضعیت ارتعاشات را رصد میکند. بکارگیری آن باعث کاهش توقفهای غیرضروری مانند تریپهای ناشی از نویز و ارتعاشات گذرا میشود
ماژولهای آن کاملاً نرمافزاری قابل پیکربندی هستند؛ بنابراین یک ماژول میتواند عملکردهای مختلفی را انجام دهد و نیاز به قطعات یدکی متعدد کاهش مییابد
سیستم Bently Nevada 3500 از ارتباط مبتنی بر اترنت با سیستمهای کنترل پشتیبانی میکند و برای حفاظت ارتعاشی گزینهای استاندارد در بسیاری از نیروگاههاست
مقایسه ویژگیها معماری و قابلیت اطمینان
- Mark VI بومی: از معماری TMR استفاده میکند که ورودیها را به سه رک مستقل ارسال مینماید و خروجیها را بهصورت میانگینی تولید میکند؛ بنابراین خرابی یک برد یا رک، عملکرد کل سیستم را مختل نمیکند. علاوه بر این، در نسخههای کوچک، معماری سیمپلکس با بردهای DIN ریل و ارتباط مستقیم به شاسی، ضمن حفظ مشخصات الکتریکی، هزینه و پیچیدگی را کاهش میدهد.
- Siemens SPPA‑T3000: معماری مبتنی بر سرور مرکزی است؛ همه نرمافزارها روی سرور Stratus اجرا میشوند و کلاینتها تنها رابط کاربریاند
هرچند این سرور افزونه است و شبکهٔ Profinet نیز افزونه میشود
اما همچنان سرور و شبکهٔ مرکزی به عنوان نقاط حساس باقی میمانند.
- ABB Symphony Plus: معماری آن توزیعشده و امکان ایجاد کلاسترهای مجازی افزونه وجود دارد
در عین حال، سیستم TMR ندارد و اغلب تکیه بر redundancy سطح سرور و شبکه دارد.
- Bently Nevada 3500: به عنوان سیستم پایش، از ماژولهای افزونهای تشکیل شده و به طور مستقل از کنترلر اصلی عمل میکند؛ اما مسئولیت اصلی آن حفاظت ارتعاش است و معماری TMR یا کنترل حلقه بسته ندارد
نرمافزار و سرعت پردازش
- Mark VI بومی: با سیستمعامل زمانواقعی QNX و پردازندهٔ اختصاصی، توان پردازشی بسیار بالا ارائه میدهد؛ قابلیت ویرایش نرمافزار بهصورت برخط بدون توقف فرایند دارد.
- Siemens SPPA‑T3000: نرمافزار بر پایهٔ جاوا و XML است و از محیطهای مهندسی مبتنی بر مرورگر استفاده میکند. چون منطق کنترلی روی سرور اجرا میشود، زمان پاسخ به شبکه و قدرت سرور وابسته است
- ABB Symphony Plus: برای یکپارچهسازی کل نیروگاه طراحی شده و ترکیبی از ابزارهای بلادرنگ و تحلیلی را فراهم میکند؛ سرعت پردازش به معماری سختافزار و کلاسترها بستگی دارد
- Bently Nevada 3500: نرمافزار آن برای پایش وضعیت انعطافپذیر و نرمافزاری قابل پیکربندی طراحی شده است
اما وظیفه آن کنترل اصلی توربین نیست.
مقیاسپذیری و سازگاری
- Mark VI بومی: با ارائهٔ نسخههای UCVE، UCVF و UCVG برای سرعت و توان مختلف و امکان استفاده از بردهای DIN ریل در سیستمهای کوچک، طیفی وسیع از کاربردها را پوشش میدهد.
- Siemens SPPA‑T3000: عمدتاً برای نیروگاههای بزرگ با زیرساخت IT مدرن مناسب است و نیازمند سرور استراتوس و شبکههای پیشرفته میباشد
- ABB Symphony Plus: سازگاری با نسلهای قبل و مقیاسپذیری برای پروژههای کوچک تا بزرگ را دارد
- Bently Nevada 3500: به عنوان سامانه پایش ارتعاش، در بسیاری از ماشینآلات دوار بهکار میرود و میتواند به سیستم کنترلهای مختلف متصل شود
نگهداری و هزینههای مالکیت
- Mark VI بومی: امکان اصلاح نرمافزار بدون توقف، وجود تشخیص خطای قدرتمند و استفاده از قطعات بومیسازی شده هزینههای نگهداری را کاهش میدهد.
- Siemens SPPA‑T3000: چون همه چیز روی سرور مرکزی نصب است، بهروزرسانیها سادهتر میشوند اما خرابی سرور میتواند کل سیستم را متوقف کند، بنابراین نیاز به سرمایهگذاری در افزونهسازی و سرورهای Stratus وجود دارد
- ABB Symphony Plus: به دلیل سازگاری با نسلهای پیشین و امکان مدرنسازی بدون تغییر عمده، هزینههای ارتقا و نگهداری را کاهش میدهد
- Bently Nevada 3500: از آنجا که ماژولها نرمافزاری قابل پیکربندی هستند، مدیریت قطعات یدکی آسانتر و هزینههای نگهداری پایینتر است
نتیجهگیری
سیستم کنترل توربین Mark VI بومیِ پارس پرداز، با استفاده از معماری TMR، سیستمعامل زمانواقعی QNX، قابلیت اصلاح نرمافزار در حال کار و طراحی ماژولار، قابلیت اطمینان و انعطافپذیری بیشتری نسبت به بسیاری از سیستمهای رایج ارائه میدهد. در مقابل، سیستمهای DCS مانند Siemens SPPA‑T3000 و ABB Symphony Plus بیشتر بر معماریهای سرور یا کلاستر متمرکز هستند و اگرچه با افزونهسازی شبکه و سرورها سطحی از قابلیت اطمینان فراهم میکنند، اما فاقد مکانیزمهای سختافزاری TMR برای حذف خودکار خطای برد هستند. سیستم Bently Nevada 3500 بیشتر به عنوان مکمل برای پایش ارتعاش عمل میکند و جایگزینی برای یک کنترلر توربین کامل نیست.
بنابراین، انتخاب سیستم کنترل توربین به اندازهٔ پروژه، الزامات اطمینان، موجودی قطعات و امکان پشتیبانی بستگی دارد. سیستم Mark VI بومی به دلیل طراحی ویژه برای شرایط عملیاتی نیروگاههای ایرانی، استقلال از تأمینکنندگان خارجی و قابلیت تعمیر و نگهداری آسان، گزینهای مناسب و رقابتی برای کنترل توربینهای گاز و بخار در داخل کشور محسوب میشود.