TPS控制系統在240T/H循環流化床鍋爐的應用

榮獲“2005年度工控及自動化領域優秀案例”有獎評選 　三等獎
	寫作心得：非常感謝中國工控網給我這個機會,給我們這些工控人員提供較好的交流平臺,作為現場一線人員,我想我會把自己的工作經驗通過中國工控網與其他工友進行交流,同時希望中國工控網越辦越好,越辦人氣越旺！
	專家點評：
	循環流化床鍋爐雖然具有一系列的優點，但是其結構的復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控制系統采用多處冗余設置，增加了系統的可靠性，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，保證了生產的正常運行。在此系統中軟件方面GVS操作采用的是Win2000，如果可以用Win98/Win2000/WinXP系列操作系統，相信可以擴大應用范圍?？傊@類操作控制有廣闊的應用前景。 不足之處：循環流化床鍋爐燃燒的是0-13mm的煤顆粒，煤的粒度對風量要求嚴格，在設計上應考慮這個問題。點評人：李義全 李云全

【簡介】 本文詳細介紹了TPS性能和特點，并結合企業實際論述了美國Honeywell的TPS系統在循環流化床鍋爐的應用。對電氣設備控制及主蒸汽調優進行了分析和論述。提出了TPS系統的設計和實施方案。是一種典型DCS系統在母管制循環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 循環流化床鍋爐控制 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。隨著國家環保政策的逐步完善和國民環保意識的日益提高，清潔煤燃燒技術尤其是循環流化床鍋爐(CFB鍋爐)技術得到了迅速發展。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、負荷調節比大、灰渣綜合利用等優點成為清潔煤燃燒技術的主要發展方向，因此在電力、供熱、化工生產等行業中得到越來越廣泛的應用。 隨著CFB鍋爐在數量上和容量上的不斷發展，與之相適應的大容量CFB鍋爐的自動控制問題也成為業內的熱點。從CFB鍋爐的工藝特性來看，它與常規煤粉鍋爐一樣，具有多參數、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：工藝流程如下： 循環流化床鍋爐示意圖 三：TPS系統在熱電自控裝置中的具體應用 1. 系統選型、簡介及配置 　　為了滿足控制要求，設計的調節系統均為復雜控制系統，常規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。 　　TPS系統是Honeywell公司在TDC-3000系統基礎上推出的全廠管控一體化系統，引入了最新計算機系統的軟硬件技術平臺，又保持了原有的可靠性、實時性和靈活性的特點。TPS系統在網絡結構上，采用了三層網絡（PIN、LCN、UCN）的框架形式，分別完成各自的功能，網絡的傳輸介質采用冗余技術。在功能部件上，系統操作站可多重配置，互為冗余備份；現場控制站的控制器、I/O模件均可實現冗余配置，保證控制系統在故障的情況下進行無擾動切換；系統通訊接口模件的完全冗余配置提高了系統的容錯性能。在系統硬件方面，采用特殊的板卡制造和涂覆保護技術，允許系統工作在惡劣的環境下；系統軟件的自診斷功能和故障狀態下的自動處理功能，大大方便了維護人員對系統的維護。GUS操作站采用Win2000操作系統，應用軟件可以通過網絡DDE、OPC等方式與操作站進行數據交換，提高了系統的開放性。 　　在整個TPS系統中，配置了一個公用的HM（History Module）歷史模件，用于存儲整個系統的系統文件、屬性文件、用戶組態文件、工藝參數的歷史數據；兩對冗余的網絡接口模件NIM（Network Interface Module），網絡號為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視和控制，一臺工程師站用于組態和調試，一臺APP接點用于和生產管理網絡的連接及數據采集傳輸。各一對冗余的HPMM（High Performance Control Module）控制器用于完成數據的采集和控制。整個系統的配置結構方案圖如圖。 2. 系統在機組控制系統中主要完成的功能 　　熱電TPS系統主要包括了DAS、SCS、MCS、FSSS等部分，其成功應用實現了工業生產過程實時數據采集、過程控制、順序控制、報警控制，監視、操作及數據遠傳等功能，提高了整體自動化水平，優化了工況，穩定了生產。 3：連續回路(MCS)控制功能 　　主汽壓力調節系統的控制方式有三種: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方式；自動控制方式采用直接能量平衡的調節方式。其工作原理介紹如下。 1) 間接能量平衡調節原理及實現： 　　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，鍋爐的負荷調節通常采用間接能量平衡控制方式。即根據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。 主汽壓力調節系統的自動控制（AUTO）方式針對此調節方式而設計。由主調節器、副調節器和4個自動/手動操作站（A/M）組成。其中，主調節器接受鍋爐出口主蒸汽壓力信號作為測量值，根據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。副調節器作為給煤量調節器，用于保證進入爐膛的給煤量滿足主調節器計算出的煤量值，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，以主調節器的輸出為煤量設定值，計算并向4臺給煤機變頻器發出轉速調節指令。4臺給煤機變頻器轉速的A/M操作站，用于主汽壓力調節系統出現異常情況下,由運行人員直接調節給煤機變頻器轉速，達到調節給煤量的目的。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鍋爐燃料發熱量，主調節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信號進入主調節器的前饋通道。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系統見圖1所示。 2）直接能量平衡調節原理及實現 　　主汽壓力調節系統的串級控制（CAS）方式采用該調節原理。 從調節系統結構上，該控制方式在間接能量平衡調節方式基礎上增加了鍋爐負荷分配計算回路，但其調節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汽機的負荷情況（包括發電負荷、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系統對此負荷額度所需燃料量和空氣量實現調節。 　　鍋爐負荷分配計算回路主要由三級調節器組成。其中，第一級調節器用于汽機發電負荷和一級抽汽量所需的蒸汽量計算，第二級調節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系統進行調節。 　　主汽壓力調節系統進入CAS方式采用外部邏輯控制方式。隨著控制方式的改變，主汽壓力調節系統原來的主調節器被另一個代替。該調節器的功能轉變為對鍋爐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系統的主要調節信號，隨同汽包壓力微分前饋信號、床溫偏差校正函數信號進入該主調節器的前饋通道。其后的調節機理與間接能量調節原理中所述相同。 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、聯鎖保護、狀態監視及異常報警。恒通化工熱電廠DCS系統的鍋爐側SCS功能還包括了鍋爐安全監控系統（FSSS系統）、鍋爐總聯鎖、點火程控等。 在此我們以順序控制系統(SCS)中鍋爐風機的控制和保護為實例，來體會一下TPS系統強大的控制功能。 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，引入了風機的協調控制信號，這包括操作狀態允許、聯鎖投入允許、風機開關狀態反饋信號、就地/遠控狀態和其他互備聯鎖設備狀態<