背景
電力和天然氣輸送公司 CenterPoint Energy – Mississippi River Transmission LLC (CNP-MRT) 擁有并運營著 8,200 英里的輸氣管道。2012 年，這些管道為大陸中部的九個州輸送了 1.6 萬億立方英尺的天然氣。輸氣業務能否成功，取決于如何應對需要獲取重要數據和投入大量資金的復雜的基礎設施挑戰，而且還取決于能否將大量天然氣可靠地遠距離輸送到 22 個燃氣發電廠。

為了與其他輸氣公司和其他可替代能源企業競爭公共事業客戶，CNP-MRT 需要利用能夠最大限度地降低運營、維護和停機成本的技術。這使得他們的價格和服務等級能夠贏得并留住公共事業客戶。

輸氣方面的盈利能力更加復雜，因為這個細分市場不僅依賴于輸氣生產量，而且還必須考慮各種可變因素，如天氣變暖需求減少、天然氣價格波動，及法規合規性方面的經常性支出等。

若要以最低的成本輸送最大數量的天然氣，所面臨的最大挑戰之一就是高效率、可靠且智能地控制和監控往復式發動機壓縮機的性能并使往復式發動機壓縮機自動化運行。校車大小的發動機可為天然氣加壓（高達 1,500 psi），將天然氣體積壓縮高達 600 倍，然后推進管道。

旨在降低基礎設施維護成本、最大限度地減少停機時間和利用實時診斷的控制和自動化機會非常重要。但是，對于在大約 70 個輸氣管道壓縮機組中部署升級后的控制技術，潛在的資本投資和資源分配同樣重要。

挑戰
增壓站沿管線分布，每個增壓站之間相隔 40 至 100 英里，并且每個增壓站有 2 至 10 個 2,000 馬力的壓縮機。能源輸送領域系統的“老齡化”很常見，這些系統就是專為長久使用而建造的。即使是 20 世紀 60 年代投入使用的設備也能再用 20 年。不過，數十年前的陳舊設備的效率比不上當前技術。因此，控制系統的性能往往達不到當前標準。

為中西部規模龐大的壓縮機組升級控制系統需要巨大的資本投入，特別是在傳統的外包模式下，需要將控制設計和實施工作承包給多個工程公司和系統集成商。隨著時間推移，該方法為 CNP-MRT 創造了各種控制產品和解決方案，而且它們通常基于黑盒專有邏輯。此情況會讓管理和實際站點運營彼此分離，所以會過度依賴外部供應商，而且內部進行的控制系統配置、集成、擴展和升級面臨更高的成本。

CNP-MRT 控制和自動化團隊將公司的馬蹄湖增壓站視作設計和部署內部執行增壓站升級的一個測試案例。伊利諾伊州格蘭特城的這個增壓站擁有四臺壓縮機，位于 CenterPoint Mississippi River Transmission (MRT) 管道沿線，密蘇里州、阿肯色州和伊利諾伊州之間的大多數天然氣輸送都是通過這條線路完成的。

馬蹄湖增壓站是該公司從另一家實體手中接管過來的，該實體指定并建造了該設施，然后將其移交給了 CNP-MRT 運營。這座建成七年的增壓站相對來說還很新，但在建造之初，系統集成商出于經濟實用的考慮，選擇使用壽命即將到期的專有架構和可編程邏輯控制器。

“相對于如今的開放式架構的潛力，其結果就是以一種非常過時的編程方式設計出了一個過時的控制系統。”監督公司北部管道的 CNP-MRT 儀器及電子技術專家 Steve Starkey 說道，“另外，CNP-MRT 僅使用 Rockwell Automation，不支持在該設施中使用的平臺。所以，我們若不在培訓方面投入大量的時間和金錢，是不可能自行操作控制系統的。”

在發動機啟動順序中再添加一個步驟就需要再付出成本，例如，需要控制裝置供應商重新編程，而編程過程中的每一項改進都需要付出額外的成本。解決問題或故障，特別是在半夜或周末時，會使壓縮機運行面臨停機風險。

“人們常說，解決黑盒問題的方法并不多。”Starkey 說道，“CNP-MRT 不以為然。我們希望可以直接進行管理，以便掌控故障處理事務。另外，專有系統通常不是模塊化的。當需要集成和擴展時，無法分別進行替換。”

最后，CNP-MRT 需要對信息解決方案（從數據訪問、收集和共享到實時遠程監控和報警）作出重大改進。大型壓縮機的主要成本支出項目包括：用于優化運行效率和性能的發動機維護，以及維修本可避免的故障的開銷。

發動機操作失靈或出現故障，意味著能源公司賺不到錢。根據簽訂的合同，公司需要滿足高標準的交付可靠性（未按照承諾輸送天然氣會被處以罰款），所以缺乏數據驅動的可見性會導致公司無法以前瞻性的方式進行維護，無法快速地通過調整作出響應，也無法有效地擴展或擴大規模。

解決方案
CNP-MRT 利用馬蹄湖站創造并證明了一種潛在的模式：主要依賴內部資源，以經濟高效的方式制定、管理和實施重大控制升級。CNP-MRT 與 Rockwell Automation 全球解決方案團隊的石油和天然氣專家合作，著手設計的解決方案不僅針對馬蹄湖，而且還可以用作中西部地區其余壓縮機組升級的標準或樣板。

CNP-MRT 選擇了 Rockwell Automation 的 PlantPAx? 過程自動化系統，該系統利用開放式架構，既具備 DCS 系統的功能，又能隨處訪問發動機運行數據，從而將控制和信息集成在一起。資產可見性和生產信息得到了大幅改進，這為增壓站操作員提供了必要的數據，使其能夠更加快速地應對維護、運營和流程控制問題。

“壓縮機在運行過程中會逐漸收集、集成和利用更多的數據。”Starkey 說道，“我們正在嘗試實時優化各個運行方面，以增加正常運行時間，提高效率和盈利能力。這包括監控泵送天然氣和依靠天然氣運轉的發動機的機組性能、排放，甚至安全性。”

“我們在過程領域需要做的一切事情，Rockwell Automation 都做到了。”Starkey 說道。

馬蹄湖站通過升級，使得操作員可以更輕松地管理速度和負載控制。控制系統還會根據各臺發動機的運行時間以及系統控制的發動機數量，確定應當啟動哪些壓縮機組。“過去，在分別啟動發動機時，”Starkey 指出，“需要依次啟動 1 號發動機、2 號發動機，以此類推。因此，某些靠前的機組總會運行更長的時間。現在，PlantPAx 系統知道啟動那些運行時間最短的發動機，且會先關閉運行時間最長的發動機。”

PlantPAx 系統中的可視化功能提供了一個關于壓縮的窗口，將發動機、站點及管道系統級別的性能指標和生產信息整合在了一起。通過實時、準確地報告發動機事件以及利用分析工具和管理儀表板，可提供基于角色的、情境相關的局部信息，幫助作出更好的決策。

“我們在過程領域需要做的一切事情，Rockwell Automation 都做到了。”Starkey 說道。“請教該領域的專家，有助于我們作為一個運營團體，制定出一個有效的控制解決方案。這樣的解決方案的功能非常完善，可使應用開發和改進更容易。只要能想到，就可以做得到。”

成果
CNP-MRT 總結了以下四個主要方面的升級回報。

1.擁有成本 — 對于馬蹄湖站的新系統，從設計到安裝交付的成本遠低于以前的系統。根據使用以前系統的經驗，Starkey 估計資本投資大約是同等規模控制項目總成本的 20%。

2.HMI 配置簡化 — 不必從零開始學習 HMI 應用程序，省去大量培訓時間。借助可以參照的基本實例，即使站點情況不同，內部控制團隊也可以作出更改來適應幾乎所有類型的發動機，這樣便大幅減少了集成時間。

3.可操作性提高 — 馬蹄湖的經驗表明，負責各自站點的操作員對他們需要做的大多數工作充滿信心。“以前，有很多灰色區域，操作員無法控制或無法進行必要了解的情況太多了。”Starkey 說道。“現在不一樣了。操作員親自幫助開發真正好用的 HMI 和可編程自動化控制器程序。這是他們自己的控制系統。”

4.停機時間減少 — PlantPAx 系統減少了站點停機時間和維修的資本支出。以前，除了停機，沒有任何報警。而現今，通過將報警功能設計為在故障出現之前捕捉發動機問題，操作員可以在發動機尚未發生故障之時就及早進行維修。員工通過遠程觀看數據，可以使發動機保持最低限度的可用性，直到問題得到解決。

馬蹄湖站是 CNP-MRT 首次利用內部資源著手實施的一個完整的壓縮機控制站。高層管理人員產生懷疑是可以理解的。“我們必須證明，與以前的系統相比，我們的團隊在管理新系統方面更輕松。”Starkey 說道，“與以前購買的系統相比，它具有的可擴展性更大，效率更高且可靠性更強。”

借助 Rockwell Automation 針對目標設定、工程建議、指導和特定于能源的最佳范例為項目提供的各類支持，整個壓縮機組采用 PlantPAx 解決方案作為統一的控制和自動化模型。從面板到控制系統的運行界面和操作方式，該項目的設計和實施過程已成為 CNP-MRT 未來升級其他壓縮機站的標準。

“從可靠性到可擴展性，再到集成了我們可以想到的幾乎所有功能，PlantPAx 系統在每一點上都表現得格外出色。”Starkey 說道。

上述結果是 CenterPoint Energy 將 Rockwell Automation 產品和服務與其他產品配合使用實現的。具體結果可能因客戶而異。