【摘要】本文詳細介紹了TPS性能和特點，并結合企業(yè)實際論述了美國Honeywell的TPS系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐的應用。對電氣設備控制及主蒸汽調優(yōu)進行了分析和論述。提出了TPS系統(tǒng)的設計和實施方案。是一種典型DCS系統(tǒng)在母管制循環(huán)流化床鍋爐的應用實例，具有較高的推廣和借鑒價值。 　　 【關鍵詞】 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、低污染應用已成為世界各國共同追求的目標。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，清潔煤燃燒技術尤其是循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）技術得到了迅速發(fā)展。CFB鍋爐以其燃料適應范圍廣、爐內脫硫、低NO排放、燃燒效率高、負荷調節(jié)比大、灰渣綜合利用等優(yōu)點成為清潔煤燃燒技術的主要發(fā)展方向，因此在電力、供熱、化工生產等行業(yè)中得到越來越廣泛的應用。 隨著CFB鍋爐在數(shù)量上和容量上的不斷發(fā)展，與之相適應的大容量CFB鍋爐的自動控制問題也成為業(yè)內的熱點。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，耦合關系也更為復雜。 二：TPS系統(tǒng)在熱電自控裝置中的具體應用 1. 系統(tǒng)選型、簡介及配置 為了滿足控制要求，設計的調節(jié)系統(tǒng)均為復雜控制系統(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)絡結構上，采用了三層網(wǎng)絡（PIN、LCN、UCN）的框架形式，分別完成各自的功能，網(wǎng)絡的傳輸介質采用冗余技術。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，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)，應用軟件可以通過網(wǎng)絡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)絡接口模件NIM（Network Interface Module），網(wǎng)絡號為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工藝進行監(jiān)視和控制，一臺工程師站用于組態(tài)和調試，一臺APP接點用于和生產管理網(wǎng)絡的連接及數(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)的配置結構方案圖如圖。 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，其成功應用實現(xiàn)了工業(yè)生產過程實時數(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。 　　 3：連續(xù)回路（MCS）控制功能 主汽壓力調節(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節(jié)方式；自動控制方式采用直接能量平衡的調節(jié)方式。其工作原理介紹如下。 　　 1）間接能量平衡調節(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系不存在簡單的直接對應關系，鍋爐的負荷調節(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系的主蒸汽壓力信號，作為反映鍋爐側出力的間接能量信號，通過調節(jié)運算計算并控制鍋爐側所需的燃燒率（煤量及助燃空氣量等）值，從而滿足汽機側對鍋爐出力的要求。 主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)的自動控制（AUTO）方式針對此調節(jié)方式而設計。由主調節(jié)器、副調節(jié)器和4個自動/手動操作站（A/M）組成。其中，主調節(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定值，計算出鍋爐所需的煤量值。副調節(jié)器作為給煤量調節(jié)器，用于保證進入爐膛的給煤量滿足主調節(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，以主調節(jié)器的輸出為煤量設定值，計算并向4臺給煤機變頻器發(fā)出轉速調節(jié)指令。4臺給煤機變頻器轉速的A/M操作站，用于主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況下,由運行人員直接調節(jié)給煤機變頻器轉速，達到調節(jié)給煤量的目的。4臺給煤機變頻器轉速A/M操作站有偏置設定值輸入功能，以便多臺給煤機變頻器同時投入自動控制方式后，微調各臺給煤機變頻器的轉速。 　　　　 為了及時反映并提前有效調節(jié)鍋爐燃料發(fā)熱量，主調節(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)信號進入主調節(jié)器的前饋通道。當床溫正偏差大時，適當減少進入爐膛的給煤量；反之亦然。 　　 間接能量式主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)見圖1所示。 2）直接能量平衡調節(jié)原理及實現(xiàn) 主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)的串級控制（CAS）方式采用該調節(jié)原理。 從調節(jié)系統(tǒng)結構上，該控制方式在間接能量平衡調節(jié)方式基礎上增加了鍋爐負荷分配計算回路，但其調節(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的負荷分配額度（由運行人員設定），計算出所需各臺鍋爐蒸汽量對應的燃料量，再通過各臺鍋爐中的主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)對此負荷額度所需燃料量和空氣量實現(xiàn)調節(jié)。 鍋爐負荷分配計算回路主要由三級調節(jié)器組成。其中，第一級調節(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，第三級調節(jié)器有2個，分別計算出分配到#11、#12爐所需蒸汽量對應的燃料量，然后送入各自主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)進行調節(jié)。 　　　　 主汽壓力調節(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，主汽壓力調節(jié)系統(tǒng)原來的主調節(jié)器被另一個代替。該調節(jié)器的功能轉變?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節(jié)系統(tǒng)的主要調節(jié)信號，隨同汽包壓力微分前饋信號、床溫偏差校正函數(shù)信號進入該主調節(jié)器的前饋通道。其后的調節(jié)機理與間接能量調節(jié)原理中所述相同。 　　 4: 邏輯順控（SCS）功能 順序控制（SCS）功能，是對機爐有關泵機類、電動門類和遙控操作類設備的操作控制、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。 風機邏輯控制的原理框圖如下： 　　 在邏輯設計過程中，為了安全可靠的控制風機，反映風機實際的控制過程，引入了風機的協(xié)調控制信號，這包括操作狀態(tài)允許、聯(lián)鎖投入允許、風機開關狀態(tài)反饋信號、就地/遠控狀態(tài)和其他互備聯(lián)鎖設備狀態(tài)等現(xiàn)場電器信號。在實際操作風機時，操作員通過CRT上的小面板（如圖） 可以直觀的觀察到風機狀態(tài)。正常啟動風機時，應先把“禁操切除”按扭投入，再把控制方式打到遠控，這時小面板上的“風機就地/遠控”狀態(tài)燈應變?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，把控制信號送到現(xiàn)場風機，同時返回風機運行狀態(tài)信號。如果風機未運行，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，正常運行中的風機一旦由于“事故跳閘”，并且兩臺一次風機都在運行，這時另一臺備用風機自啟動，繼續(xù)維持鍋爐風正常，保證了鍋爐安全、穩(wěn)定運行。 　　 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60MW機組的汽機控制島中引進了上海新華的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、動態(tài)響應快、系統(tǒng)易擴展等特點。其成功實現(xiàn)了我公司2臺60MW機組脫離外網(wǎng)的穩(wěn)定運行。但由于TPS與DEH網(wǎng)絡結構的不同，直接很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。經過我們多次分析與研究，在DEH的網(wǎng)關機上以網(wǎng)關（GateWay或簡稱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準的XDPS標準的XDPS實時數(shù)據(jù)庫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)軟件運行時，在MMI接點上執(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)通過計算機串口送出。但由于DCS中的串行信號接口卡采用了RS-485協(xié)議，所以數(shù)據(jù)必須經過RS-232轉RS-485轉換器才能被接收。在DCS端只需用一塊SI—串行信號接口卡接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以數(shù)組點的形式在HPM中讀出并送向操作員站，并逐級傳輸至不同的控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。 其原理圖如下： 三:結束語 TPS控制系統(tǒng)強大的功能模塊和其優(yōu)越性能保證了項目按照設計方案在預定時間內投入并無故障運行,其控制精度完全滿足生產的要求。HONEYWELL的TPS系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐控制及不同規(guī)模的電站生產中有著廣闊的應用前景,同時也為我們企業(yè)獨立網(wǎng)運行機制打下良好的基礎,我們還要不斷研究開發(fā)TPS系統(tǒng)的潛力,為更好實現(xiàn)管控一體化做好準備。