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台130T/H循環流化床鍋爐（CFB鍋爐）的基礎上再增加一台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、負荷調節範圍大等優點，但其結構的複雜程度卻遠遠勝於普通鍋爐，這就對鍋爐的正常運行提出了更高的要求。而Honeywell TPS控制系統採用多處冗餘設置，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式控制制系統統一在一個平台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體技術平台，將Windows 2000操作系統，OLE公共軟體，ODBC公共資料庫技術集成在一起，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，配置了兩對冗餘的高性能過程管理器 (HPM)，節點號分別為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網路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；一對冗餘的網路介面模件NIM（Network Interface Module），節點號為21和22，主要用於系統組態、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，節點號是25，用於存儲整個系統的系統文件、屬性文件、用戶組態文件和工藝參數及其產生的歷史數據；三台GUS（操作員站），用於操作人員對整個生產工藝進行監視和控制，一台工程師站用於組態和調試，GUS和工程師站互為冗餘，所有GUS和工程站組態相同，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餘的UCN網和一條冗餘的LCN網連接而成。具體配置如圖1所示。
2.2 系統特點
TPS控制系統多處採用冗餘設置，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採用繼電器隔離，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、通訊卡件和網路還具有自診斷功能，任何地方出現故障都能在操作界面上清楚的顯示出來，並且能儘快排除故障【2】。
3 系統控制功能
3.1 過程點功能
在TPS控制系統中，過程點是組成控制迴路的最小單元，點與點之間的連接關係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信號並輸出至執行機構。
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）：接受控制演算法的輸出，並通過FTA轉換成24VDC，110VAC或220VAC開關量信號。
（2）HPM中的點包括：
常規處理點(RPV)：提供對過程變數的進一步處理，通過選擇相關的PV處理演算法，可完成輸入變數選擇、計算流量補償、流量累積、折線函數等9種控制演算法，每個PV點必須至少定義一個輸入連接，不能定義輸出連接。
常規控制點(RC)：提供各種有關標準控制方案的演算法，內置了大量控制功能，使用這些演算法大大簡化了複雜多迴路控制方案的實現，比如PID，帶前饋PID，比率控制器，函數控制器等13種控制演算法。
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，圖示邏輯執行過程，一個邏輯點相當於2頁梯形圖功能。
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採集系統（DAS）、順序控制系統（SCS）、模擬量控制系統（MCS）、鍋爐爐膛安全監控系統 (FSSS)四大部分。其成功應用實現了工業生產過程實時數據採集、過程式控制制、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，保證了系統的穩定生產。
（1）DAS功能：實現工藝人員監控所需的數據採集功能。
（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其給水管道上主、副給水調節閥的開度來實現。鍋爐負荷在0～30%時，由副給水調節閥控制；鍋爐負荷大於30%時由主調節閥控制。正常運行時的控制由蒸汽流量、汽包水位、給水流量組成的三衝量控制系統控制，啟動時只有汽包水位的單衝量控制。單衝量控制和三衝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】。
在邏輯圖中的C1為給水流量和蒸汽流量的補償係數，主、副給水調節門有手動、自動兩種控制方式。在點爐或者停爐過程中，由於系統工況不穩定，調節閥打到手動控制。在系統正常運行過程中，由於整個系統比較穩定，可以將主、副給水電動門投入自動控制模式，調節閥會根據工藝人員對汽包液位的設定值來自動調節閥位的開度。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、狀態監視及異常報警。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。
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，引入了引風機的前後軸承溫度和振動、入口擋板開度、運行狀態反饋信號等。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誌量寄存器，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於NN1時，允許啟動引風機；I0為強制聯鎖參數，當引風機前、后軸承振動大於NN2、NN3或前、后軸承溫度大於NN4、NN5時，引風機強制停機；CMDDISFL為有命令不執行，UNCMDFL為沒命令卻執行，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。
為了保證CFB鍋爐安全穩定運行，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採用了三選二邏輯，假如三個爐膛壓力高高信號中只要有兩個信號達到高報警值，就會觸發MFT聯鎖。而引風機、一次風機和二次風機採用與門邏輯，六個風機中只要有一個風機停運，同樣會觸發MFT聯鎖。如果除了上述原因需要緊急停爐，可以直接按操作台上的緊急停爐按鈕，直接觸發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，該控制系統軟體強大的功能模塊和其硬體的優越性能保證了鍋爐系統按照設計方案在預定時間內投入並無故障運行,其控制精度完全滿足生產的要求，調節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。
參考文獻
[1]Honeywell TPS培訓手冊，霍尼韋爾自動化設計院出版
[2]工業控制計算機，化工工業出版社
[3]國泰化工熱電站鍋爐工程師手冊
作者簡介
雷寧博，男，1980.12月出生，現工作於兗礦國泰化工有限公司，助理工程師，畢業於瀋陽化工學院，現從事DCS系統開發及組態維護工作。
