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1、HONEYWELL TPS鍋爐控制系統 摘要：TPS控制系統是一個將整個工廠的信息系統與生產過程控制系統統一在一個平臺上的自動化系統，具有控制功能強，操作簡便，可靠性高等特點。論述了HONEYWELL TPS控制系統的特點，冗余網絡結構，控制功能，并結合公司實際論述了美國HONEYWELL TPS系統在循環(huán)流化床鍋爐的應用。 1 前言 隨著市場需求的不斷增加和公司項目的不斷擴產，公司決定在原有的兩臺130T/H循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）的基礎上再增加一臺260T/H CFB鍋爐。雖然CFB鍋爐具有燃燒效率高、煤種適應性廣、NO排放濃度低、負荷調節(jié)范圍大等優(yōu)點，但其結構的復雜程度

2、卻遠遠勝于普通鍋爐，這就對鍋爐的正常運行提出了更高的要求。而Honeywell TPS控制系統采用多處冗余設置，增加了系統的可靠性，其強大的邏輯控制功能是系統的長周期安全穩(wěn)定運行的保障。 2 系統配置及特點 TPS系統是美國Honeywell公司在TDC-3000系統基礎上推出的將工廠的信息系統與生產過程控制系統統一在一個平臺上的全廠一體化解決方案控制系統，引入了最新計算機系統的軟硬件技術平臺，將Windows 2000操作系統，OLE公共軟件，ODBC公共數據庫技術集成在一起，從而形成功能強大，配置靈活，結構開放的自動控制系統【1】。 2.1 系統配置 在整個TPS系統中，配置了兩對

3、冗余的高性能過程管理器 (HPM)，節(jié)點號分別為11、12和13、14，其主要功能是快速的內部數據處理和強大的存儲能力，以及通過UCN網絡點對點通信共享數據的控制能力，最終完成掃描、控制TPS系統過程數據；一對冗余的網絡接口模件NIM（Network Interface Module），節(jié)點號為21和22，主要用于系統組態(tài)、通信、報警、命令處理、時鐘廣播等；一個公用的HM（History Module）歷史模件，節(jié)點號是25，用于存儲整個系統的系統文件、屬性文件、用戶組態(tài)文件和工藝參數及其產生的歷史數據；三臺GUS（操作員站），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

4、試，GUS和工程師站互為冗余，所有GUS和工程站組態(tài)相同，互為備用，大大提高了系統的安全可靠性。整個系統通過一條冗余的UCN網和一條冗余的LCN網連接而成。具體配置如圖1所示。 圖1? 系統配置結構圖 2.2 系統特點 TPS控制系統多處采用冗余設置，增加了系統的可靠性。除此之外，從電氣設備來的數字輸入量信號及全部的數字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統，避免瞬間大電流，高電壓傳入系統，造成系統設備的損壞。此外，該系統的I/O卡件、通訊卡件和網絡還具有自診斷功能，任何地方出現故障都能在操作界面上清楚的顯示出來，并且能盡快排除故障【2】。 3 系統控制功能 3.1 過程點功能

5、 在TPS控制系統中，過程點是組成控制回路的最小單元，點與點之間的連接關系是通過定義點的輸入、輸出連接參數完成的。過程點分為I/O中的點和HPM中的點。 （1）I/O中的點包括： 模擬量輸入點（AI）：將接收的現場模擬輸入信號轉換成工程單位表示的PV值。 模擬量輸出點（AO）：將OP值轉換成4～20mA信號并輸出至執(zhí)行機構。 開關量輸入點（DI）：通過選擇不同的FTA，可處理24VDC、110VAC或220VAC的開關量輸入信號。 開關量輸出點（DO）：接受控制算法的輸出，并通過FTA轉換成24VDC，110VAC或220VAC開關量信號。 （2）HPM中的點包括： 常規(guī)處理點

6、(RPV)：提供對過程變量的進一步處理，通過選擇相關的PV處理算法，可完成輸入變量選擇、計算流量補償、流量累積、折線函數等9種控制算法，每個PV點必須至少定義一個輸入連接，不能定義輸出連接。 常規(guī)控制點(RC)：提供各種有關標準控制方案的算法，內置了大量控制功能，使用這些算法大大簡化了復雜多回路控制方案的實現，比如PID，帶前饋PID，比率控制器，函數控制器等13種控制算法。 數字組合點(DC)：提供對馬達、泵、電磁閥等離散型設備的控制操作面板，一種多輸入多輸出點，帶聯鎖功能。 邏輯點(Logic)：包括輸入條件、邏輯運算塊、輸出條件三部分，圖示邏輯執(zhí)行過程，一個邏輯點相當于2頁梯形圖功

7、能。??????????????????????? 3.2 控制方案的實現 我公司260T/H CFB鍋爐的控制系統主要包括數據采集系統（DAS）、順序控制系統（SCS）、模擬量控制系統（MCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統 (FSSS)四大部分。其成功應用實現了工業(yè)生產過程實時數據采集、過程控制、順序控制、報警控制，監(jiān)視、操作及數據遠傳等功能，提高了整體自動化水平，優(yōu)化了工況，保證了系統的穩(wěn)定生產。 （1）DAS功能：實現工藝人員監(jiān)控所需的數據采集功能。 （2）MCS功能：對模擬量的部分參數進行修正，保證了系統的平衡和穩(wěn)定。主要包括鍋爐汽包水位控制、主蒸汽溫度控制、主蒸汽負荷控制、爐膛床

8、溫控制、爐膛壓力控制、燃煤控制、風量控制等，共設計模擬量自動調節(jié)系統40套。 以鍋爐汽包水位控制為例介紹MCS系統在CFB鍋爐中的邏輯控制，如圖2所示。鍋爐汽包水位的控制是通過調節(jié)其給水管道上主、副給水調節(jié)閥的開度來實現。鍋爐負荷在0～30%時，由副給水調節(jié)閥控制；鍋爐負荷大于30%時由主調節(jié)閥控制。正常運行時的控制由蒸汽流量、汽包水位、給水流量組成的三沖量控制系統控制，啟動時只有汽包水位的單沖量控制。單沖量控制和三沖量的控制的相互切換是無擾動的。在異常情況下，控制系統由自動切換至手動操作【3】。 圖2? 汽包水位邏輯控制圖 在邏輯圖中的C1為給水流量和蒸汽流量的補償系數，主、副給水

9、調節(jié)門有手動、自動兩種控制方式。在點爐或者停爐過程中，由于系統工況不穩(wěn)定，調節(jié)閥打到手動控制。在系統正常運行過程中，由于整個系統比較穩(wěn)定，可以將主、副給水電動門投入自動控制模式，調節(jié)閥會根據工藝人員對汽包液位的設定值來自動調節(jié)閥位的開度。當液位降低時，閥門開度增加；當液位升高時，閥門開度減小。這種控制模式不但能夠使系統安全穩(wěn)定的運行，而且方便了工藝人員的操作。 （3）SCS功能，是對鍋爐有關泵、機、電動門和遙控操作設備的操作控制、聯鎖保護、狀態(tài)監(jiān)視及異常報警。主要包括給水泵啟停邏輯、一次風機啟停邏輯、二次風機啟停邏輯、返料風機啟停邏輯、引風機啟停邏輯，以及給煤機啟停邏輯等。共設計順序控制邏輯

10、38個。 　　 在此以引風機的控制和保護為實例，如圖3所示。來體會一下TPS系統強大的SCS控制功能。 圖3? 引風機的啟停邏輯圖 在邏輯設計過程中，為了安全可靠的控制引風機，反映引風機實際的控制過程，引入了引風機的前后軸承溫度和振動、入口擋板開度、運行狀態(tài)反饋信號等。NN1～NN5是邏輯點提供的內部數值寄存器，分別用來存儲擋板開度，軸承溫度和振動的內部常數；FL12是邏輯點提供的內部標志量寄存器，主要用來投入和切除引風機聯鎖，當引風機聯鎖投入時，FL12為“TRUE”，當引風機聯鎖切除時，FL12為“FALSE； P1為允許聯鎖參數，當引風機入口擋板開度小于NN1時，允許啟動引風機

11、；I0為強制聯鎖參數，當引風機前、后軸承振動大于NN2、NN3或前、后軸承溫度大于NN4、NN5時，引風機強制停機；CMDDISFL為有命令不執(zhí)行，UNCMDFL為沒命令卻執(zhí)行，這兩種故障出現，引風機都會強制停機。 （4）FSSS功能：保證鍋爐系統的正常啟動和安全運行。主要包括鍋爐總聯鎖、點火控制等。 下面以緊急停爐總聯鎖MFT邏輯為例，如圖4所示。介紹FSSS系統在CFB鍋爐總聯鎖中的控制功能。 圖4? CFB鍋爐MFT邏輯 為了保證CFB鍋爐安全穩(wěn)定運行，MFT聯鎖中的爐膛壓力、汽包水位、汽包壓力和高過集箱出口壓力都采用了三選二邏輯，假如三個爐膛壓力高高信號中只要有兩個信號達到

12、高報警值，就會觸發(fā)MFT聯鎖。而引風機、一次風機和二次風機采用與門邏輯，六個風機中只要有一個風機停運，同樣會觸發(fā)MFT聯鎖。如果除了上述原因需要緊急停爐，可以直接按操作臺上的緊急停爐按鈕，直接觸發(fā)MFT聯鎖，直接保證了系統的安全生產。 四：結束語 Honeywell TPS作為在一套技術成熟的分散控制系統產品，在實際生產中具有較強的實用性，該控制系統軟件強大的功能模塊和其硬件的優(yōu)越性能保證了鍋爐系統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，調節(jié)控制系統投用率達到96%，為操作人員和系統維護人員帶來方便，為公司進一步實現管控一體化起到積極推動作用。