【摘要】本文詳細(xì)介紹了TPS性能和特點(diǎn)，并結(jié)合企業(yè)實(shí)際論述了美國(guó)Honeywell的TPS系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用。對(duì)電氣設(shè)備控制及主蒸汽調(diào)優(yōu)進(jìn)行了分析和論述。提出了TPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)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(shí)例，具有較高的推廣和借鑒價(jià)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(guó)共同追求的目標(biāo)。隨著國(guó)家環(huán)保政策的逐步完善和國(guó)民環(huán)保意識(shí)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(fù)荷調(diào)節(jié)比大、灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)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(dòng)控制問題也成為業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)。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(shí)變和多變量緊密耦合的特點(diǎn)，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：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(jiǎn)介及配置 為了滿足控制要求，設(shè)計(jì)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(guó)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)平臺(tái)，又保持了原有的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性的特點(diǎn)。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(chǎng)控制站的控制器、I/O模件均可實(shí)現(xiàn)冗余配置，保證控制系統(tǒng)在故障的情況下進(jìn)行無擾動(dòng)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(cuò)性能。在系統(tǒng)硬件方面，采用特殊的板卡制造和涂覆保護(hù)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(dòng)處理功能，大大方便了維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)。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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提高了系統(tǒng)的開放性。 在整個(gè)TPS系統(tǒng)中，配置了一個(gè)公用的HM（History Module）歷史模件，用于存儲(chǔ)整個(gè)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(duì)冗余的網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM（Network Interface Module），網(wǎng)絡(luò)號(hào)為03和04，分別用于連接#11、#12鍋爐，#4機(jī)和#13、#14鍋爐，#5機(jī)的HPMM。在控制室配置了六臺(tái)GUS操作站用于操作人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)視和控制，一臺(tái)工程師站用于組態(tài)和調(diào)試，一臺(tái)APP接點(diǎn)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(duì)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(gè)系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)方案圖如圖。 2. 系統(tǒng)在機(jī)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(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、過程控制、順序控制、報(bào)警控制，監(jiān)視、操作及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳等功能，提高了整體自動(dòng)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(jí)（CAS）方式、自動(dòng)（AUTO）和手動(dòng)（MAN）。串級(jí)控制方式采用直接能量平衡的調(diào)節(jié)方式；自動(dòng)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(shí)現(xiàn)： 對(duì)于母管制運(yùn)行的鍋爐，由于機(jī)爐間能量供求關(guān)系不存在簡(jiǎn)單的直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，鍋爐的負(fù)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(jī)爐間能量平衡關(guān)系的主蒸汽壓力信號(hào)，作為反映鍋爐側(cè)出力的間接能量信號(hào)，通過調(diào)節(jié)運(yùn)算計(jì)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(jī)側(cè)對(duì)鍋爐出力的要求。 主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動(dòng)控制（AUTO）方式針對(duì)此調(diào)節(jié)方式而設(shè)計(jì)。由主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器和4個(gè)自動(dòng)/手動(dòng)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(hào)作為測(cè)量值，根據(jù)運(yùn)行人員給出的主蒸汽壓力設(shè)定值，計(jì)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(jìn)入爐膛的給煤量滿足主調(diào)節(jié)器計(jì)算出的煤量值，并及時(shí)消除因煤量擾動(dòng)而造成對(duì)主汽壓力的影響。它以鍋爐實(shí)際給煤量信號(hào)為測(cè)量值，以主調(diào)節(jié)器的輸出為煤量設(shè)定值，計(jì)算并向4臺(tái)給煤機(jī)變頻器發(fā)出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令。4臺(tái)給煤機(jī)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(yùn)行人員直接調(diào)節(jié)給煤機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)給煤量的目的。4臺(tái)給煤機(jī)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(tái)給煤機(jī)變頻器同時(shí)投入自動(dòng)控制方式后，微調(diào)各臺(tái)給煤機(jī)變頻器的轉(zhuǎn)速。 　　　　 為了及時(shí)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(hào)作為前饋信號(hào)之一；同時(shí)，考慮到進(jìn)入爐膛的給煤量對(duì)床溫的影響，還引入了床溫偏差校正函數(shù)信號(hào)進(jìn)入主調(diào)節(jié)器的前饋通道。當(dāng)床溫正偏差大時(shí)，適當(dāng)減少進(jìn)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(shí)現(xiàn) 主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的串級(jí)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(fù)荷分配計(jì)算回路，但其調(diào)節(jié)機(jī)理與前者有一定的差別。見圖2所示。 鍋爐負(fù)荷分配計(jì)算回路的功能是根據(jù)汽機(jī)的負(fù)荷情況（包括發(fā)電負(fù)荷、一級(jí)抽汽量和一級(jí)減溫減壓蒸汽量），計(jì)算出汽機(jī)側(cè)對(duì)主蒸汽量的總需求量，然后根據(jù)母管制運(yùn)行中各臺(tái)鍋爐承擔(dān)的負(fù)荷分配額度（由運(yùn)行人員設(shè)定），計(jì)算出所需各臺(tái)鍋爐蒸汽量對(duì)應(yīng)的燃料量，再通過各臺(tái)鍋爐中的主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)此負(fù)荷額度所需燃料量和空氣量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。 鍋爐負(fù)荷分配計(jì)算回路主要由三級(jí)調(diào)節(jié)器組成。其中，第一級(jí)調(diào)節(jié)器用于汽機(jī)發(fā)電負(fù)荷和一級(jí)抽汽量所需的蒸汽量計(jì)算，第二級(jí)調(diào)節(jié)器計(jì)算出包括了一級(jí)減溫減壓蒸汽量的汽機(jī)蒸汽總需求量，第三級(jí)調(diào)節(jié)器有2個(gè)，分別計(jì)算出分配到#11、#12爐所需蒸汽量對(duì)應(yīng)的燃料量，然后送入各自主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 　　　　 主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)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(gè)代替。該調(diào)節(jié)器的功能轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)鍋爐主汽壓力的校正作用。由鍋爐負(fù)荷分配計(jì)算回路計(jì)算出的燃料量信號(hào)作為此時(shí)主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)信號(hào)，隨同汽包壓力微分前饋信號(hào)、床溫偏差校正函數(shù)信號(hào)進(jìn)入該主調(diào)節(jié)器的前饋通道。其后的調(diào)節(jié)機(jī)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(duì)機(jī)爐有關(guān)泵機(jī)類、電動(dòng)門類和遙控操作類設(shè)備的操作控制、聯(lián)鎖保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)視及異常報(bào)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(diǎn)火程控等。 在此我們以順序控制系統(tǒng)（SCS）中鍋爐風(fēng)機(jī)的控制和保護(hù)為實(shí)例，來體會(huì)一下TPS系統(tǒng)強(qiáng)大的控制功能。 風(fēng)機(jī)邏輯控制的原理框圖如下： 　　 在邏輯設(shè)計(jì)過程中，為了安全可靠的控制風(fēng)機(jī)，反映風(fēng)機(jī)實(shí)際的控制過程，引入了風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制信號(hào)，這包括操作狀態(tài)允許、聯(lián)鎖投入允許、風(fēng)機(jī)開關(guān)狀態(tài)反饋信號(hào)、就地/遠(yuǎn)控狀態(tài)和其他互備聯(lián)鎖設(shè)備狀態(tài)等現(xiàn)場(chǎng)電器信號(hào)。在實(shí)際操作風(fēng)機(jī)時(shí)，操作員通過CRT上的小面板（如圖） 可以直觀的觀察到風(fēng)機(jī)狀態(tài)。正常啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)先把“禁操切除”按扭投入，再把控制方式打到遠(yuǎn)控，這時(shí)小面板上的“風(fēng)機(jī)就地/遠(yuǎn)控”狀態(tài)燈應(yīng)變?yōu)榧t色。最后操作“合閘”按扭，如果邏輯組態(tài)條件都滿足，HPM的輸出通過中間繼電器，把控制信號(hào)送到現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)，同時(shí)返回風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。如果風(fēng)機(jī)未運(yùn)行，在CRT上將有“合閘失效”提示，否則“合閘”按扭變?yōu)榧t色。在“聯(lián)鎖投入”控制時(shí)，正常運(yùn)行中的風(fēng)機(jī)一旦由于“事故跳閘”，并且兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)都在運(yùn)行，這時(shí)另一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)，繼續(xù)維持鍋爐風(fēng)正常，保證了鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行。 　　 5: TPS系統(tǒng)與DEH系統(tǒng)之間的通訊 根據(jù)公司發(fā)展的需要，2002年在對(duì)60MW機(jī)組的汽機(jī)控制島中引進(jìn)了上海新華的DEH（Digital Electric_Hydraulic Control System ）。DEH系統(tǒng)為新華公司自行開發(fā)研制的數(shù)字電液控制系統(tǒng)，具有靈敏度高、穩(wěn)態(tài)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、系統(tǒng)易擴(kuò)展等特點(diǎn)。其成功實(shí)現(xiàn)了我公司2臺(tái)60MW機(jī)組脫離外網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但由于TPS與DEH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，直接很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。經(jīng)過我們多次分析與研究，在DEH的網(wǎng)關(guān)機(jī)上以網(wǎng)關(guān)（GateWay或簡(jiǎn)稱GTW）軟件方式向DCS發(fā)送數(shù)據(jù)。GTW軟件，是新華公司依據(jù)其XDPS系統(tǒng)向用戶提供的一套標(biāo)準(zhǔn)的XDPS標(biāo)準(zhǔn)的XDPS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)VC++ 6.0的接口規(guī)范，按照此規(guī)范，編制各種接口軟件。DEH系統(tǒng)軟件運(yùn)行時(shí)，在MMI接點(diǎn)上執(zhí)行GTW的可執(zhí)行文件modbus2.exe，以虛擬PLC的方式，通過Modbus通訊協(xié)議，向TPS發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)串口送出。但由于DCS中的串行信號(hào)接口卡采用了RS-485協(xié)議，所以數(shù)據(jù)必須經(jīng)過RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器才能被接收。在DCS端只需用一塊SI—串行信號(hào)接口卡接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以數(shù)組點(diǎn)的形式在HPM中讀出并送向操作員站，并逐級(jí)傳輸至不同的控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。 其原理圖如下： 三:結(jié)束語 TPS控制系統(tǒng)強(qiáng)大的功能模塊和其優(yōu)越性能保證了項(xiàng)目按照設(shè)計(jì)方案在預(yù)定時(shí)間內(nèi)投入并無故障運(yùn)行,其控制精度完全滿足生產(chǎn)的要求。HONEYWELL的TPS系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐控制及不同規(guī)模的電站生產(chǎn)中有著廣闊的應(yīng)用前景,同時(shí)也為我們企業(yè)獨(dú)立網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制打下良好的基礎(chǔ),我們還要不斷研究開發(fā)TPS系統(tǒng)的潛力,為更好實(shí)現(xiàn)管控一體化做好準(zhǔn)備。