TPS在自备电厂中的应用

时间:2022-06-16 08:08:28

TPS在自备电厂中的应用

[摘 要]本文共分两部分,第一部分着重介绍美国Honeywell公司的TPS系统。第二部分着重介绍该系统在电厂中对于循环流化床锅炉中一些重要设备的逻辑组态及其实现方法。

[关键词]TPS 逻辑点 循环流化床锅炉 冗余 FSSS SCS

[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0093-02

TPS系统是科学技术发展的一个产物,它集计算机技术、控制技术和网络技术于一体。该系统对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连接可进行数据交换。自备电厂是2×410t/h高温高压循环流化床锅炉,采用单汽包自然循环、高温绝热旋风分离器、平衡通风、前墙给料、半露天布置,2台锅炉配1台125MW高温高压抽汽凝汽式汽轮发电机组。TPS系统采用计算机控制,通过网络与控制器连接,采集生产数据,传达操作指令。由于它是基于控制分散、危险分散、操作和管理集中的设计思想,并采用先进控制以及网络技术等,使得其能够解决循环流化床锅炉整个生产过程的全面控制,并为企业的信息化管理提供相应的平台。

1 Honeywell的TPS系统

TPS系统网络结构主要由以下2部分组成(见图1)。

1.1 LCN网络

LCN是上层网络,它所面对的对象是操作人员。通过操作站对设备进行监控,实时了解现场的生产情况。网络采用的是总线方式,电缆的连接是冗余的,即LCNA缆(黄色)和LCNB缆(绿色)可以一分钟互相切换一次。LCN网络上主要设备如下:

(1)GUS(GlobalUserStation全局用户操作站):它是基于Windows 操作系统的计算机。操作站平台的NativeWindow窗口,用于整个LCN网络的信息访问,从而实现集中操作。

(2)NIM (NetworkInterfaceModule网络接口模件):它连接着LCN与UCN两层网络,用于完成网络之间的通讯技术和协议的转换。NIM是冗余配置的,以保证系统的安全运行。

(3)HM(HistoryModule历史模件):它相当于文件服务器,用于存储系统信息及与生产过程相关的历史数据。在硬件上为硬盘冗余结构。

(4)AM(ApplicationModule应用模件):它的主要功能是实现复杂控制,并通过HPM/APM/LM/SM等来实现。

1.2 UCN网络

UCN是下层网络,主要连接控制器等设备。UCN网络电缆分为干线电缆和支线电缆。干线电缆主要是连接发送设备和接受设备之间的数据传输。支线电缆是将TAP头和所要控制的设置连接起来。TAP头用于连接干线电缆和支线电缆,并起到隔离的作用。UCN网络上的主要设备有HPM(HighPerformanceProcessManger高性能控制器),它具有高度灵活的数据采集输入输出和控制功能,可实现常规控制、逻辑控制和顺序控制。

2 TPS系统的组态

2.1 TPS系统的设计布局

电厂整个TPS系统主要包含5台操作站、1台工程师站、1个LCN机柜(内部装有NIM、HM以及AM)、21个HPM柜、1个电源柜、9个REL柜等。

2.2 控制功能的实现

2.2.1 控制功能的介绍

TPS系统除常规单回路控制外,还有串级等复杂控制回路。整个组态过程中FSSS、MCS、SCS是逻辑控制的重点和难点。下面对如何实现控制功能进行详细的介绍。FSSS(锅炉炉膛安全监控系统):包含主燃料跳闸(MasterFuelTrip MFT)、炉膛吹扫、油枪或油枪组程控、炉膛火焰检测、磨煤机组程序启停和给煤机、磨煤机保护逻辑等部分。主要是对锅炉运行的各个参数进行监控和异常情况处理。MCS(模拟量控制系统):根据工艺的要求,对锅炉和汽机上一些重要的参数及设备进行自动控制。SCS(顺序控制系统):根据工艺将设备按照事先规定的顺序进行自动操作,达到顺序控制的目的。

2.2.2 控制功能在逻辑上的实现

组态上,主要由“与”、“或”、“非”等来进行控制逻辑的搭建。控制功能是由各种控制点来实现,控制点的种类有:数字组合点(DigitalCompositePoints)、逻辑点(LogicPoints)、常规控制点(RegulatoryControlPoint)等。逻辑输出通过数字组合点来实现对现场设备的控制,而逻辑功能则用逻辑点实现。下面重点对逻辑点进行介绍:

逻辑点提供逻辑运算及数据传送功能。一个逻辑点由逻辑运算块、内部标志量寄存器、内部数值寄存器、用户自定义说明、输入连接和输出连接组成。最多可以有12个输入端、24个逻辑运算块、12个输出端,但实际数量由LOGMIX参数决定,有12-24-4、12-16-8、12-8-12三种方式。

下面举两个例子,一个是FSSS系统中MFT逻辑,一个是SCS系统中一次风机顺启逻辑。

MFT逻辑是锅炉安全保护的核心内容。当MFT中的任意一个输入条件满足,则MFT逻辑满足。所以每一个条件之间是“或”的关系。具体条件如下(输入条件及相关保护定值根据锅炉的工艺及工况而定,可随时调整):(1)炉压高;(2)汽包水位高三值保护;(3)汽包水位低三值保护;(4)炉膛出口烟温高;(5)总风量低;(6)仪表气源压力低;(7)一次风流量低; (8)炉膛灭火;(9)流化风机出口母管风压低;(10)流化风机全停;(11)引风机全停;(12)一次风机全停;13)二次风机全停;(14)汽机跳闸;(15)失燃料跳闸;(16)手动跳闸:在操作员台上装有两个手动停炉按钮。在紧急情况下,运行人员同时按下两个手动停炉按钮,发生手动停炉跳闸。如图2。

由于逻辑点中包含的逻辑块数量以及输入和输出连接都有限制,所以当超出限制时需要另建一个逻辑点,主燃料跳闸逻辑就是由三个逻辑点组成。上图只是显示了其中一个逻辑点的组态情况。从上面可以看出左边是输入部分,一共12个输入端,中间是逻辑块,右边是输出部分,一共是4个输出端。由此可以判断出该逻辑点采用的是12-24-4的方式。当逻辑比较复杂所需逻辑块数量比较多的时候,可以选择该方式,这样可以减少逻辑点的建立,使得组态更加简洁。在完成相同控制功能的情况下,控制点数量越少对系统运行影响越小。

下面介绍一下SCS系统中一次风机的控制方式,在整个风系统中,风的流向是由一次风机到二次风机再到最后的引风机。所以SCS系统中对于一次风机的顺启条件是首先保证二次风机已经在正常运行,并且一次风机设备本体没有故障。具体条件如下(输入条件及相关保护定值根据各个设备的工况而定,可随时调整):1)一次风机轴承温度低于50℃;2)一次风机电机轴承温度低于50℃;3)一次风机入口导叶关闭;4)至少一台二次风机运行;5)至少一台流化风机运行;6)稀油站工作正常。以上6个条件同时满足,则允许启动一次风机。启动一次风机的步骤为:1)关闭出口挡板;2)关闭、入口挡板;3)启动一次风机电机;4)开出口挡板。

操作画面就更直观了,图3是MFT的画面以及一次风机顺启的控制画面截图。画面中可以清楚地看到MFT的各个条件,当现场出现MFT的时候,灰色方格会变成红色,用来提示运行人员是哪个条件导致了MFT。画面上所说的首出指的是最先导致MFT的条件,可以用来进行事故分析。当故障处理完之后,点击一下复位MFT,就可以重新进行点炉操作。同样对于一次风机,在画面上也显示了风机启动的条件,以及顺控步序的显示。当启动条件都满足的时候,每一个条件后边的小方格会变成绿色,当所有小方格都变成绿色的时候,说明一次风机已经具备启动条件,随时可以启动。此时点击启动按钮,设备就可以按照逻辑以及画面上所显示的步序依次进行。在启动的过程中,由于某种原因无法正常启动的时候,步序会停在有问题的条件上,无法往下执行,这个时候运行和维护人员可以根据画面上所显示的情况来进行故障的处理,比较直观,既利于运行人员的操作也方便维检人员的故障判断,为生产的顺利进行赢得了宝贵的时间。

3 结语

TPS系统将自动控制功能与信息管理技术融为一体,具有稳定性高、技术先进、操作方便、开放性好等优点。从近一年多的运行情况来看,这套系统运行平稳,提供的控制手段和精度能满足现场工艺生产的要求,操作界面友好、灵活还有利于维护,充分体现了TPS系统功能强大、安全性高的特点。

[参考文献]

[1] 火电工程调试技术手册.热工卷.北京:中国电力出版社,2004.

[2] 《可编程序控制器原理与应用》张泽荣,王学彬.北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2004.

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