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榮獲“2005年度工控及自動化領(lǐng)域優(yōu)秀案例”有獎評選 　三等獎
	寫作心得： 非常感謝中國工控網(wǎng)給我這個機會,給我們這些工控人員提供較好的交流平臺,作為現(xiàn)場一線人員,我想我會把自己的工作經(jīng)驗通過中國工控網(wǎng)與其他工友進行交流,同時希望中國工控網(wǎng)越辦越好,越辦人氣越旺！
	專家點評：
	循環(huán)流化床鍋爐雖然具有一系列的優(yōu)點，但是其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度遠遠勝于普通鍋爐，這就對鍋爐的正常運行提出了更高的要求。而TPS控制系統(tǒng)采用多處冗余設(shè)置，增加了系統(tǒng)的可靠性，在機組控制中實了DAS、SCS、FSSS等一系列功能，較大程度上提高了自動化水平，保證了生產(chǎn)的正常運行。在此系統(tǒng)中軟件方面GVS操作采用的是Win2000，如果可以用Win98/Win2000/WinXP系列操作系統(tǒng)，相信可以擴大應(yīng)用范圍。總之這類操作控制有廣闊的應(yīng)用前景。 不足之處：循環(huán)流化床鍋爐燃燒的是0-13mm的煤顆粒，煤的粒度對風(fēng)量要求嚴(yán)格，在設(shè)計上應(yīng)考慮這個問題。 點評人：李義全 李云全

【簡介】
本文詳細介紹了TPS性能和特點，并結(jié)合企業(yè)實際論述了美國Honeywell的TPS系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用。對電氣設(shè)備控制及主蒸汽調(diào)優(yōu)進行了分析和論述。提出了TPS系統(tǒng)的設(shè)計和實施方案。是一種典型DCS系統(tǒng)在母管制循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用實例，具有較高的推廣和借鑒價值。

【關(guān)鍵詞】
TPS系統(tǒng) 循環(huán)流化床鍋爐控制 MODBUS通訊

一：概述
　　能源的高效、低污染應(yīng)用已成為世界各國共同追求的目標(biāo)。隨著國家環(huán)保政策的逐步完善和國民環(huán)保意識的日益提高，清潔煤燃燒技術(shù)尤其是循環(huán)流化床鍋爐(CFB鍋爐)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。CFB鍋爐以其燃料適應(yīng)范圍廣、爐內(nèi)脫硫、低NO排放、燃燒效率高、負荷調(diào)節(jié)比大、灰渣綜合利用等優(yōu)點成為清潔煤燃燒技術(shù)的主要發(fā)展方向，因此在電力、供熱、化工生產(chǎn)等行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 隨著CFB鍋爐在數(shù)量上和容量上的不斷發(fā)展，與之相適應(yīng)的大容量CFB鍋爐的自動控制問題也成為業(yè)內(nèi)的熱點。從CFB鍋爐的工藝特性來看，它與常規(guī)煤粉鍋爐一樣，具有多參數(shù)、非線性、時變和多變量緊密耦合的特點，而且，CFB鍋爐比普通鍋爐具有更多的輸入/輸出變量，耦合關(guān)系也更為復(fù)雜。

二：工藝流程如下：

循環(huán)流化床鍋爐示意圖

三：TPS系統(tǒng)在熱電自控裝置中的具體應(yīng)用
1. 系統(tǒng)選型、簡介及配置
　　為了滿足控制要求，設(shè)計的調(diào)節(jié)系統(tǒng)均為復(fù)雜控制系統(tǒng)，常規(guī)的自控方案及自控裝置很難收到理想的控制效果。鑒于此，目前國內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐的控制一般采用DCS控制。我們采用的是HONEYWELL的TPS集散控制系統(tǒng)。
　　TPS系統(tǒng)是Honeywell公司在TDC-3000系統(tǒng)基礎(chǔ)上推出的全廠管控一體化系統(tǒng)，引入了最新計算機系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)平臺，又保持了原有的可靠性、實時性和靈活性的特點。TPS系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，采用了三層網(wǎng)絡(luò)（PIN、LCN、UCN）的框架形式，分別完成各自的功能，網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)采用冗余技術(shù)。在功能部件上，系統(tǒng)操作站可多重配置，互為冗余備份；現(xiàn)場控制站的控制器、I/O模件均可實現(xiàn)冗余配置，保證控制系統(tǒng)在故障的情況下進行無擾動切換；系統(tǒng)通訊接口模件的完全冗余配置提高了系統(tǒng)的容錯性能。在系統(tǒng)硬件方面，采用特殊的板卡制造和涂覆保護技術(shù)，允許系統(tǒng)工作在惡劣的環(huán)境下；系統(tǒng)軟件的自診斷功能和故障狀態(tài)下的自動處理功能，大大方便了維護人員對系統(tǒng)的維護。GUS操作站采用Win2000操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件可以通過網(wǎng)絡(luò)DDE、OPC等方式與操作站進行數(shù)據(jù)交換，提高了系統(tǒng)的開放性。
　　在整個TPS系統(tǒng)中，配置了一個公用的HM（History Module）歷史模件，用于存儲整個系統(tǒng)的系統(tǒng)文件、屬性文件、用戶組態(tài)文件、工藝參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)；兩對冗余的網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM（Network Interface Module），網(wǎng)絡(luò)號為03和04，分別用于連接#11、#12鍋爐，#4機和#13、#14鍋爐，#5機的HPMM。在控制室配置了六臺GUS操作站用于操作人員對整個生產(chǎn)工藝進行監(jiān)視和控制，一臺工程師站用于組態(tài)和調(diào)試，一臺APP接點用于和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)的連接及數(shù)據(jù)采集傳輸。各一對冗余的HPMM（High Performance Control Module）控制器用于完成數(shù)據(jù)的采集和控制。整個系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)方案圖如圖。



2. 系統(tǒng)在機組控制系統(tǒng)中主要完成的功能
　　熱電TPS系統(tǒng)主要包括了DAS、SCS、MCS、FSSS等部分，其成功應(yīng)用實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集、過程控制、順序控制、報警控制，監(jiān)視、操作及數(shù)據(jù)遠傳等功能，提高了整體自動化水平，優(yōu)化了工況，穩(wěn)定了生產(chǎn)。

3：連續(xù)回路(MCS)控制功能
　　主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方式有三種:串級(CAS)方式、自動(AUTO)和手動（MAN）。串級控制方式采用直接能量平衡的調(diào)節(jié)方式；自動控制方式采用直接能量平衡的調(diào)節(jié)方式。其工作原理介紹如下。

1) 間接能量平衡調(diào)節(jié)原理及實現(xiàn)：
　　對于母管制運行的鍋爐，由于機爐間能量供求關(guān)系不存在簡單的直接對應(yīng)關(guān)系，鍋爐的負荷調(diào)節(jié)通常采用間接能量平衡控制方式。即根據(jù)反映機爐間能量平衡關(guān)系的主蒸汽壓力信號，作為反映鍋爐側(cè)出力的間接能量信號，通過調(diào)節(jié)運算計算并控制鍋爐側(cè)所需的燃燒率(煤量及助燃空氣量等)值，從而滿足汽機側(cè)對鍋爐出力的要求。
主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動控制（AUTO）方式針對此調(diào)節(jié)方式而設(shè)計。由主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器和4個自動/手動操作站（A/M）組成。其中，主調(diào)節(jié)器接受鍋爐出口主蒸汽壓力信號作為測量值，根據(jù)運行人員給出的主蒸汽壓力設(shè)定值，計算出鍋爐所需的煤量值。副調(diào)節(jié)器作為給煤量調(diào)節(jié)器，用于保證進入爐膛的給煤量滿足主調(diào)節(jié)器計算出的煤量值，并及時消除因煤量擾動而造成對主汽壓力的影響。它以鍋爐實際給煤量信號為測量值，以主調(diào)節(jié)器的輸出為煤量設(shè)定值，計算并向4臺給煤機變頻器發(fā)出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令。4臺給煤機變頻器轉(zhuǎn)速的A/M操作站，用于主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況下,由運行人員直接調(diào)節(jié)給煤機變頻器轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)給煤量的目的。4臺給煤機變頻器轉(zhuǎn)速A/M操作站有偏置設(shè)定值輸入功能，以便多臺給煤機變頻器同時投入自動控制方式后，微調(diào)各臺給煤機變頻器的轉(zhuǎn)速。
　　為了及時反映并提前有效調(diào)節(jié)鍋爐燃料發(fā)熱量，主調(diào)節(jié)器引入了汽包壓力微分信號作為前饋信號之一；同時，考慮到進入爐膛的給煤量對床溫的影響，還引入了床溫偏差校正函數(shù)信號進入主調(diào)節(jié)器的前饋通道。當(dāng)床溫正偏差大時，適當(dāng)減少進入爐膛的給煤量；反之亦然。
間接能量式主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)見圖1所示。



2）直接能量平衡調(diào)節(jié)原理及實現(xiàn)
　　主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的串級控制（CAS）方式采用該調(diào)節(jié)原理。
從調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，該控制方式在間接能量平衡調(diào)節(jié)方式基礎(chǔ)上增加了鍋爐負荷分配計算回路，但其調(diào)節(jié)機理與前者有一定的差別。見圖2所示。


　　鍋爐負荷分配計算回路的功能是根據(jù)汽機的負荷情況（包括發(fā)電負荷、一級抽汽量和一級減溫減壓蒸汽量），計算出汽機側(cè)對主蒸汽量的總需求量，然后根據(jù)母管制運行中各臺鍋爐承擔(dān)的負荷分配額度（由運行人員設(shè)定），計算出所需各臺鍋爐蒸汽量對應(yīng)的燃料量，再通過各臺鍋爐中的主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對此負荷額度所需燃料量和空氣量實現(xiàn)調(diào)節(jié)。
　　鍋爐負荷分配計算回路主要由三級調(diào)節(jié)器組成。其中，第一級調(diào)節(jié)器用于汽機發(fā)電負荷和一級抽汽量所需的蒸汽量計算，第二級調(diào)節(jié)器計算出包括了一級減溫減壓蒸汽量的汽機蒸汽總需求量，第三級調(diào)節(jié)器有2個，分別計算出分配到#11、#12爐所需蒸汽量對應(yīng)的燃料量，然后送入各自主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。
　　主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進入CAS方式采用外部邏輯控制方式。隨著控制方式的改變，主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)原來的主調(diào)節(jié)器被另一個代替。該調(diào)節(jié)器的功能轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹀仩t主汽壓力的校正作用。由鍋爐負荷分配計算回路計算出的燃料量信號作為此時主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)信號，隨同汽包壓力微分前饋信號、床溫偏差校正函數(shù)信號進入該主調(diào)節(jié)器的前饋通道。其后的調(diào)節(jié)機理與間接能量調(diào)節(jié)原理中所述相同。

4: 邏輯順控(SCS)功能
　　順序控制（SCS）功能，是對機爐有關(guān)泵機類、電動門類和遙控操作類設(shè)備的操作控制、聯(lián)鎖保護、狀態(tài)監(jiān)視及異常報警。恒通化工熱電廠DCS系統(tǒng)的鍋爐側(cè)SCS功能還包括了鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS系統(tǒng)）、鍋爐總聯(lián)鎖、點火程控等。
在此我們以順序控制系統(tǒng)(SCS)中鍋爐風(fēng)機的控制和保護為實例，來體會一下TPS系統(tǒng)強大的控制功能。 風(fēng)機邏輯控制的原理框圖如下：


　　在邏輯設(shè)計過程中，為了安全可靠的控制風(fēng)機，反映風(fēng)機實際的控制過程，引入了風(fēng)機的協(xié)調(diào)控制信號，這包括操作狀態(tài)允許、聯(lián)鎖投入允許、風(fēng)機開關(guān)狀態(tài)反饋信號、就地/遠控狀態(tài)和其他互備聯(lián)鎖設(shè)備狀態(tài)<