Honeywell TPS 鍋爐控制系統(tǒng)

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1、HONEYWELL TPS鍋爐控制系統(tǒng) 摘要：TPS控制系統(tǒng)是一個(gè)將整個(gè)工廠的信息系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng)一在一個(gè)平臺上的自動(dòng)化系統(tǒng)，具有控制功能強(qiáng)，操作簡便，可靠性高等特點(diǎn)。論述了HONEYWELL TPS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制功能，并結(jié)合公司實(shí)際論述了美國HONEYWELL TPS系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用。 1 前言 隨著市場需求的不斷增加和公司項(xiàng)目的不斷擴(kuò)產(chǎn)，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(chǔ)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(yīng)性廣、NO排放濃度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度

2、卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于普通鍋爐，這就對鍋爐的正常運(yùn)行提出了更高的要求。而Honeywell 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，其強(qiáng)大的邏輯控制功能是系統(tǒng)的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障。 2 系統(tǒng)配置及特點(diǎn) TPS系統(tǒng)是美國Honeywell公司在TDC-3000系統(tǒng)基礎(chǔ)上推出的將工廠的信息系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng)一在一個(gè)平臺上的全廠一體化解決方案控制系統(tǒng)，引入了最新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)平臺，將Windows 2000操作系統(tǒng)，OLE公共軟件，ODBC公共數(shù)據(jù)庫技術(shù)集成在一起，從而形成功能強(qiáng)大，配置靈活，結(jié)構(gòu)開放的自動(dòng)控制系統(tǒng)【1】。 2.1 系統(tǒng)配置 在整個(gè)TPS系統(tǒng)中，配置了兩對

3、冗余的高性能過程管理器 (HPM)，節(jié)點(diǎn)號分別為11、12和13、14，其主要功能是快速的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理和強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力，以及通過UCN網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)通信共享數(shù)據(jù)的控制能力，最終完成掃描、控制TPS系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)；一對冗余的網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM（Network Interface Module），節(jié)點(diǎn)號為21和22，主要用于系統(tǒng)組態(tài)、通信、報(bào)警、命令處理、時(shí)鐘廣播等；一個(gè)公用的HM（History Module）歷史模件，節(jié)點(diǎn)號是25，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)文件和工藝參數(shù)及其產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)；三臺GUS（操作員站），用于操作人員對整個(gè)生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)視和控制，一臺工程師站用于組態(tài)和調(diào)

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(tǒng)的安全可靠性。整個(gè)系統(tǒng)通過一條冗余的UCN網(wǎng)和一條冗余的LCN網(wǎng)連接而成。具體配置如圖1所示。 圖1? 系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖 2.2 系統(tǒng)特點(diǎn) TPS控制系統(tǒng)多處采用冗余設(shè)置，增加了系統(tǒng)的可靠性。除此之外，從電氣設(shè)備來的數(shù)字輸入量信號及全部的數(shù)字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統(tǒng)，避免瞬間大電流，高電壓傳入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)設(shè)備的損壞。此外，該系統(tǒng)的I/O卡件、通訊卡件和網(wǎng)絡(luò)還具有自診斷功能，任何地方出現(xiàn)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(tǒng)控制功能 3.1 過程點(diǎn)功能

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

6、(RPV)：提供對過程變量的進(jìn)一步處理，通過選擇相關(guān)的PV處理算法，可完成輸入變量選擇、計(jì)算流量補(bǔ)償、流量累積、折線函數(shù)等9種控制算法，每個(gè)PV點(diǎn)必須至少定義一個(gè)輸入連接，不能定義輸出連接。 常規(guī)控制點(diǎn)(RC)：提供各種有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制方案的算法，內(nèi)置了大量控制功能，使用這些算法大大簡化了復(fù)雜多回路控制方案的實(shí)現(xiàn)，比如PID，帶前饋PID，比率控制器，函數(shù)控制器等13種控制算法。 數(shù)字組合點(diǎn)(DC)：提供對馬達(dá)、泵、電磁閥等離散型設(shè)備的控制操作面板，一種多輸入多輸出點(diǎn)，帶聯(lián)鎖功能。 邏輯點(diǎn)(Logic)：包括輸入條件、邏輯運(yùn)算塊、輸出條件三部分，圖示邏輯執(zhí)行過程，一個(gè)邏輯點(diǎn)相當(dāng)于2頁梯形圖功

7、能。??????????????????????? 3.2 控制方案的實(shí)現(xiàn) 我公司260T/H CFB鍋爐的控制系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) (FSSS)四大部分。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，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)。 （1）DAS功能：實(shí)現(xiàn)工藝人員監(jiān)控所需的數(shù)據(jù)采集功能。 （2）MCS功能：對模擬量的部分參數(shù)進(jìn)行修正，保證了系統(tǒng)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(fù)荷控制、爐膛床

8、溫控制、爐膛壓力控制、燃煤控制、風(fēng)量控制等，共設(shè)計(jì)模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)40套。 以鍋爐汽包水位控制為例介紹MCS系統(tǒng)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(diào)節(jié)其給水管道上主、副給水調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)。鍋爐負(fù)荷在0～30%時(shí)，由副給水調(diào)節(jié)閥控制；鍋爐負(fù)荷大于30%時(shí)由主調(diào)節(jié)閥控制。正常運(yùn)行時(shí)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(tǒng)控制，啟動(dòng)時(shí)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(dòng)的。在異常情況下，控制系統(tǒng)由自動(dòng)切換至手動(dòng)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(bǔ)償系數(shù)，主、副給水

9、調(diào)節(jié)門有手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式。在點(diǎn)爐或者停爐過程中，由于系統(tǒng)工況不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥打到手動(dòng)控制。在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，由于整個(gè)系統(tǒng)比較穩(wěn)定，可以將主、副給水電動(dòng)門投入自動(dòng)控制模式，調(diào)節(jié)閥會(huì)根據(jù)工藝人員對汽包液位的設(shè)定值來自動(dòng)調(diào)節(jié)閥位的開度。當(dāng)液位降低時(shí)，閥門開度增加；當(dāng)液位升高時(shí)，閥門開度減小。這種控制模式不但能夠使系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，而且方便了工藝人員的操作。 （3）SCS功能，是對鍋爐有關(guān)泵、機(jī)、電動(dòng)門和遙控操作設(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。主要包括給水泵啟停邏輯、一次風(fēng)機(jī)啟停邏輯、二次風(fēng)機(jī)啟停邏輯、返料風(fēng)機(jī)啟停邏輯、引風(fēng)機(jī)啟停邏輯，以及給煤機(jī)啟停邏輯等。共設(shè)計(jì)順序控制邏輯

10、38個(gè)。 　　 在此以引風(fēng)機(jī)的控制和保護(hù)為實(shí)例，如圖3所示。來體會(huì)一下TPS系統(tǒng)強(qiáng)大的SCS控制功能。 圖3? 引風(fēng)機(jī)的啟停邏輯圖 在邏輯設(shè)計(jì)過程中，為了安全可靠的控制引風(fēng)機(jī)，反映引風(fēng)機(jī)實(shí)際的控制過程，引入了引風(fēng)機(jī)的前后軸承溫度和振動(dòng)、入口擋板開度、運(yùn)行狀態(tài)反饋信號等。NN1～NN5是邏輯點(diǎn)提供的內(nèi)部數(shù)值寄存器，分別用來存儲(chǔ)擋板開度，軸承溫度和振動(dòng)的內(nèi)部常數(shù)；FL12是邏輯點(diǎn)提供的內(nèi)部標(biāo)志量寄存器，主要用來投入和切除引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖投入時(shí)，F(xiàn)L12為“TRUE”，當(dāng)引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖切除時(shí)，F(xiàn)L12為“FALSE； P1為允許聯(lián)鎖參數(shù)，當(dāng)引風(fēng)機(jī)入口擋板開度小于NN1時(shí)，允許啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)

11、；I0為強(qiáng)制聯(lián)鎖參數(shù)，當(dāng)引風(fēng)機(jī)前、后軸承振動(dòng)大于NN2、NN3或前、后軸承溫度大于NN4、NN5時(shí)，引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制停機(jī)；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(xiàn)，引風(fēng)機(jī)都會(huì)強(qiáng)制停機(jī)。 （4）FSSS功能：保證鍋爐系統(tǒng)的正常啟動(dòng)和安全運(yùn)行。主要包括鍋爐總聯(lián)鎖、點(diǎn)火控制等。 下面以緊急停爐總聯(lián)鎖MFT邏輯為例，如圖4所示。介紹FSSS系統(tǒng)在CFB鍋爐總聯(lián)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(yùn)行，MFT聯(lián)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(gè)爐膛壓力高高信號中只要有兩個(gè)信號達(dá)到

12、高報(bào)警值，就會(huì)觸發(fā)MFT聯(lián)鎖。而引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)采用與門邏輯，六個(gè)風(fēng)機(jī)中只要有一個(gè)風(fēng)機(jī)停運(yùn)，同樣會(huì)觸發(fā)MFT聯(lián)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(lián)鎖，直接保證了系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。 四：結(jié)束語 Honeywell TPS作為在一套技術(shù)成熟的分散控制系統(tǒng)產(chǎn)品，在實(shí)際生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的實(shí)用性，該控制系統(tǒng)軟件強(qiáng)大的功能模塊和其硬件的優(yōu)越性能保證了鍋爐系統(tǒng)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，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)投用率達(dá)到96%，為操作人員和系統(tǒng)維護(hù)人員帶來方便，為公司進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)管控一體化起到積極推動(dòng)作用。