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HIACS-5000M 系统在 600MW 超临界机组中的应用

HIACS-5000M 系统在 600MW 超临界机组中的应用. 目 录. 一．超临界机组对 DCS 系统的特殊要求 二．采用 HIACS 系统的配置特点 三．日立在大机组改造中优势 四 ．电力部系统应用考核结果 五、大型超临界、直流炉、直吹式燃煤机组的 先进控制软件 六、技术服务. 一、超临界机组对 DCS 系统的特殊要求 1 ．受控工艺系统的特点： • 输入 / 输出工艺变量多 • 动态过程快：作功工质占汽水循环总工质的比例增大，动态过程加快，机、炉、电的总体性增强。

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HIACS-5000M 系统在 600MW 超临界机组中的应用

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  1. HIACS-5000M系统在600MW 超临界机组中的应用

  2. 目 录 一．超临界机组对DCS系统的特殊要求 二．采用HIACS 系统的配置特点 三．日立在大机组改造中优势 四．电力部系统应用考核结果 五、大型超临界、直流炉、直吹式燃煤机组的 先进控制软件 六、技术服务

  3. 一、超临界机组对DCS系统的特殊要求 1．受控工艺系统的特点： •输入/输出工艺变量多 •动态过程快：作功工质占汽水循环总工质的比例增大，动态过程加快，机、炉、电的总体性增强。 •主汽压力参数上升（246Kg/cm），介质刚性提高，动态过程加快，需要更快速的控制、快速保护。 •数学模型不精确 2 ．对DCS系统的地理分散布置有要求： •设备间与中控室有可能分开布置 •通常需要远程控制站，如：循泵房、空压机房 •通常需要远程数据采集站

  4. 3. 公共工艺系统的控制范围扩大 ： •一般I/O总点数超过1000点，功能范围覆盖公共电气系统、空压机系统、循环水泵房系统 •公共工艺控制系统宜单独组成通讯网络，并与1#、2#机组DCS系统网络耦合连接，实现数据通讯 4．超临界直流炉、直吹式机组的特殊控制策略 •此类机组对DCS系统的综合可控性、可靠性提出了更高要求； •控制策略与汽包炉、亚临界参数机组不同。

  5. 二．采用HIACS 系统的配置特点 • （1）1#、2#机组级控制网络及公用控制均网络采用μΣ-100 Network • μΣ-100 Network网络为国际标准（IEEE802.5）双重化光纤数据令牌网络，全厂一体化 • μΣ-100 Network网络具有实时性好、传输稳定的特点技术参数及特性附后。 • （2） 具有先进、成熟的网络耦合器： • •使公用控制网络与两台机组DCS系统方便地实现数据连接； • •能够可靠地实现每台机组的操作员站对公用系统进行操作控制；

  6. （3） 机组DCS系统控制站、公用系统控制站、远程控制站、DEH控制站统一采用R600C高性能的先进控制器，使全厂DCS系统一体化； 附： • μΣ-Network100网络性能 • R600C高性能控制器特性

  7. 超临界直流炉600MW机组DCS系统控制器总体结构示意图（DCS一体化）超临界直流炉600MW机组DCS系统控制器总体结构示意图（DCS一体化）

  8. 超临界直流炉600MW机组DCS系统控制器总体结构示意图（国产化方案）超临界直流炉600MW机组DCS系统控制器总体结构示意图（国产化方案）

  9. 适应快速稳定数据传输的要求（采用FDDI数字光纤令牌网）μΣ-Network100网络适应快速稳定数据传输的要求（采用FDDI数字光纤令牌网）μΣ-Network100网络

  10. 站故障站恢复情况 2#站 故障站 正常情况 1#站 3#站 返回 2#站 主线 SUB NLINE 4#站 1#站 3#站 传送线路故障恢复情况 2#站 4#站 线路故障 1#站 3#站 4#站 Loop Back功能 3#站发生故障 主线路终断

  11. HIACS-5000M系统结构说明： • （1） 适应二十一世纪地理分散设计的结构 • 光纤网站间距离：2KM • 光纤网络总长达到100KM • 保证了控制器分散布置的实施 • 适应地理分散布置的要求 • （2） 单独设置的打印机网络 • 使得报表、打印数据的传输不会影响机组级网络的实时 • 响应特性

  12. （3） 采用通用计算机硬件和软件平台 操作员站、工程师站、历史数据站使用通用硬件平台，便于系统的 升级换代 （4） 专门设置历史数据站 完善了历史数据的存储、查询功能，减轻了操作员站的工作负荷 （5） 对外通讯接口 通讯接口站和控制器通讯接口模板，保证了HIACS系统的开放性， 可以和各种具有标准通讯接口协议的设备、装置通讯互联

  13. 某600MW超临界机组控制级网络通讯负荷估算 （本计算只适用于日立HIACS-5000M系统） I/O点数：DCS总点数：7704，公用总点数：1168，远程总点数：544 其中：模拟量3176；开关量6240点 估算条件： 上述数据每秒全部传送一遍；每个模拟量依8 Byte计算；每个开关量依4 bit计算； 每秒负荷量： L = 3176 * 8 * 8 + 6240 * 4 ≌ 228.3 K bit 所配置系统的网络负荷能力估算 站点数： 18 单站发送用时： 1.5 K byte * 8 / 100 M = 0.12 ms 裕度系数： 加倍 令牌管理： 1ms 单站用时： 0.12 * 3 + 1ms = 1.36 ms 最小令牌环行周期： 1.36 * 18 ≌ 24.48 ms 实际设定令牌环行周期100ms 即每站﹑每秒可获得10次发送权。 总传送能力： LO=18 * 1.5 * 8 * 103 * 10 = 2160 * 103 bit ≌ 2160 K bit （3）负荷率 η= L / LO = 228.3 / 2160 η=10.57%

  14. 机组控制级网络负荷性能指标 负荷率要求： ≯30％ 保 证 值： ≯20% 负荷率＝网络最大负荷/配置系统的网络传送能力

  15. 600MW机组DCS系统控制器功能分配的一种考虑 系统控制器功能分配准则： •设置专门的单元机组主控制器，完成： ——　机组各子控制系统的协调控制； ——不同控制方式下的统一指挥，协调； •依照工艺系统划分各控制器的功能，如：风烟控制系统；燃料制粉系统；FSS系统；锅炉启停控制及燃烧器控制；汽水系统等。 优点： ① 各个子系统相对独立，是大系统下的自治分解设计； ② 可靠性高； ③ 交叉通讯的数据量少； •调节、启停顺控及设备级保护三合一： 优点： ① 控制动态响应快、控制特性好； ② 硬接线少、可靠性高； ③ 适应地理分散布置的要求。

  16. No.（对） 公用系统控制器名称 主要控制功能 1 循泵房 2 公用电气 3 空压机系统控制站

  17. 项 目 R-600C 处理器 32 bit Risc 内存 16MB ROM 512KB 网络连接 μΣ-100 时钟 160MHZ 控制周期 20、50、100、200、 250、500ms 冗余方式 热运行备份方式 最小设定间隔 10ms 逻辑区 6400页应用程序 PI/O区 12800点模拟量 含宏命令数 约48000个/CPU HISEC- 04M / R600C R600C控制器及相关参数

  18. 适应超临界直流炉、直吹式机组的高可靠控制器适应超临界直流炉、直吹式机组的高可靠控制器 • （为提高控制器的快速性，采取了如下措施） • a．硬件： • 　采用最新的Risc处理芯片，全面提高数据处理能力 • 采用输入/输出并行高速总线，从硬件上提高处理能力 • 　提高CPU主频 • 　提高内存容量 • 　设计专门的主—从Tie-back总线 • 　采用新型大规模集成电路，提高可靠性 • b．软件： • 采用专门设计的控制器系统程序（PMS），不使用通用机软件环境，提高软件执行效率和控制的快速性。 • c．实际效果：见望亭控制器出厂负荷率测试结果

  19. Max(%) 平均(%) 望亭电厂14＃机CTL负荷实测结果 NO. CTL 运算周期 (ms) 实测负荷率 1 MCS1 200 10.23 10.18 2 MCS2 100 12.32 11.86 3 FSS 100 11.45 10.97 4 BMS&MILL1 200 6.38 6.20 5 BMS&MILL2 200 5.66 5.49 6 SCS1 100 9.86 9.50 7 SCS2 200 5.36 5.18 8 SCS3 50 23.6 23.1 9 DAS 200 14.02 13.58

  20. 望亭电厂14＃机CTL负荷实测结果 望亭电气控制器(scs3) AI： 112点 RTD： 8点 DI： 448点 DO： 160点 合计：728点 负荷率： 50ms max：23.6%

  21. Max(%) 平均(%) 南京电厂1＃机CTL负荷实测结果 NO. CTL 运算周期 (ms) 实测负荷率 1 OPC 20 28.84 28.06 2 BTC 200 10.69 10.44 3 通风 200 8.52 8.30 4 BMS&MILL1 200 7.52 7.32 5 BMS&MILL2 200 7.03 6.83 6 CCS 200 17.55 17.09 7 辅机1 200 5.38 5.13 8 辅机2 200 19.83 19.20 9 DAS 200 18.68 18.53

  22. 逻辑区 逻辑区 逻辑区 逻辑区 逻辑区 逻辑区 通讯区 通讯区 通讯区 通讯区 通讯区 通讯区 望亭电厂14＃机CTL内存实测数据-1 NO CTL功能 内存区 已占用% 未用区% 1 BTC 6 94 1 99 2 MCS1 6 94 2 98 3 MCS2 4 96 1 99 4 MSC1 3 97 1 99 5 BMS1 6 94 2 98 6 BMS2 7 93 1 99

  23. 逻辑区 逻辑区 逻辑区 逻辑区 逻辑区 通讯区 通讯区 通讯区 通讯区 通讯区 望亭电厂14＃机CTL内存实测数据-2 NO CTL功能 内存区 已占用% 未用区% 7 SCS1 6 94 2 98 8 SCS2 6 94 2 98 9 DAS 4 96 2 98 10 DEH 4 96 2 98 11 MEH 1 99 1 99

  24. 控制器性能指标保证 负荷率要求： ≯60% 保 证 值： ≯25% 负荷率＝实际执行周期/设定的控制周期 内存裕度要求： 50% 保 证 值： >80％ 内存裕度＝已用内存/可用内存

  25. 要求 AI (RTD) 450 AI (THC) 590 AI (4～20mA) 712 PI 36 DI 3115 AO 170 DO 1470 合计 6543 I/O配置情况 表1 .单元机组热力系统I/O配置的典型要求（每台机组）

  26. 表2 .公用系统I/O配置的典型要求 要求 AI (RTD) 90 AI (4～20mA) 90 PI 4 DI 443 AO 12 DO 222 合计 861

  27. 要求 AI (RTD) 60 AI (THC) 380 合计 440 表3 .远程系统I/O配置的典型要求（与DCS一体化方案）

  28. 交流供电 初级模块 依要求次级模块组合 系统供电 PS6010控制器电源结构图 DCS系统电源配置说明 配 置 思 想：全分散化，全双重化控制器电源，依CTL分散 I/O接口电源：依机柜分散 双重化电源结构：

  29. AC 交流供电 AC 初 级 初 级 初级模块 24V 48V 24V 48V 依要求次级模块组合 系统供电 I/O I/O 接口 接口 使用 使用 电源 电源 PS6000接口电源结构

  30. 超临界机组600MW机组DCS系统电源配置示意图

  31. HIACS系统的DCS系统机柜特点： 1、控制柜、I/O柜合二为一，减少接线量和故障点； 2、双层浮空、静电屏蔽、单点接地系统机柜； 3、机柜尺寸：700＊810＊2100

  32. HIACS－5000M系统工程师工作站 • 组态、修改、维护工作，全部应用软件为中文图形工作界面； • 执行文件与图形文件自动一致化； • 多工程师台配置，适应投运、调试期的特殊需要； • 方便的PI/O信号处理； • 强大的CAD组态功能和大宏指令分层可定义结构； • 专用总线接口，使主/从控制器数据自动一致化； • 通讯表的自动生成； • 机组投运期间人工置数功能使调试更为方便； • 强大的监视功能； 工程师站介绍

  33. HIACS－5000M系统历史数据站 • 　数据收集能力：每秒采集量8000点 • 　事故追忆记录、SOE记录、操作员操作记录、报警记录 • 　报表收集（时间型，事件型） • 　检索功能（时间检索、名称检索） • 　趋势回放功能：所有被采集点均可以以趋势图方式回放 • 　每月月初转存至光盘 • 　打印功能

  34. 操作员站、工程师站、历史站硬件配置： •CUP：Pentium 4 2.4 GHz •内存：512 MB •硬盘：40 GB •显示器：21寸液晶(CRT)显示器(操作员站) 21寸液晶(CRT)显示器(工程师站，历史站) • 光驱：52X • 可读写光驱：（历史站）

  35. 三、日立在大机组控制工程中的优势 • HIACS系统为电站专用控制系统，已成功的应用在超临界直流炉燃煤、燃油及核电站机组上，功能覆盖了：MCS、SCS、FSSS、DEH、DAS、ECS、AVR等系统。完善地解决了电站控制中快控制、快保护及高可靠性问题。 • 2. 日立 成功业绩多： • 　　在日本600MW以上超临界直流炉机组近年已投运工程有二十余台。 • 　　日立从1995年开始在中国做200MW以上机组DCS工程，目前已有近80套200MW以上机组工程业绩。

  36. 近年中国国内采用HIACS系统投运的300MW以上超临界直流炉机组有：近年中国国内采用HIACS系统投运的300MW以上超临界直流炉机组有： （1）华能南京电厂2＃机组（300MW） 2000年3月投入，投运3个月，完成多项RunBack试验 自动投入100％，保护投入100％ 控制范围：DAS、FSSS、SCS、CCS及部分电气控制 中控室采用大屏幕 （2）华能南京电厂1＃机组（300MW） 采用HIACS－5000M系统，2001年底交付使用 控制范围：DAS、FSSS、SCS、CCS及DEH 中控室采用大屏幕

  37. （3）国华盘山发电厂2＃机组（500MW） 1999年下半年投运，一次投运成功，顺利通过168小时 控制范围：DAS、FSSS、SCS、CCS、DEH及部分电气控制 中控室采用大屏幕 （4）国华盘山发电厂＃1机组（500MW） 采用HIACS－5000M系统，2002年初交付使用 控制范围：DAS、FSSS、SCS、CCS及DEH 中控室采用大屏幕

  38. （5）外高桥发电厂（2*900MW） 采用HIACS－5000M系统 供货范围： I&C岛 注：含DCS、SIS、MIS及仿真系统。 （6）常熟发电厂（3*600MW） 采用HIACS-5000M系统 供货范围：MCS、SCS、DAS、FSSS、ECS、DEH、 MEH、远程

  39. 四、应用考核实绩 《火电厂分散控制系统（DCS）及汽机电调（DEH）调查报告》 系统名称 调查电厂数 模件平均损坏率(%) 外设平均损坏率(%) HIACS 3 0.5 0 INFI-90 5 1.74 2.8 MAX-1000 2 2.8 11.85 WDPF 5 5.86 3.08 T-ME 2 8.2 2.35 摘自《过程自动化技术信息》1996年3期《火电厂分散控制系统及汽轮机数字电液控制应用情况与意见》（电力部热工自动化专家调查组）。

  40. 五、大型超临界、直流炉、直吹式燃煤机组的先进控制软件五、大型超临界、直流炉、直吹式燃煤机组的先进控制软件 　日立对于超临界、直流炉、直吹式大型燃煤机组，具有长期的工程经验，总结出一整套先进成熟的控制策略。这些策略已经在100万级燃煤机组上得到应用，取得了良好的效果。这些先进实用化的软件包括如下： a.先进的协调控制策略软件，主要特点： •在机－炉协调控制过程中，与汽机过程相比，燃烧、蒸发工艺过程是大滞后、慢过程，克服锅炉的大滞后是本策略的基本特点； •专门为直流炉、直吹式、超临界机组设计，针对性强。

  41. b.锅炉子工艺过程加速控制策略： 在先进的协调控制方法下，加速锅炉应用工艺子过程的动态响应，是机组控制的另外一个关键点，日立系统具有先进、成熟的完整策略，使机组控制更完美。 c.RunBack工况下的动态平衡控制： 对大机组而言，尤其是直吹式机组，这一问题更突出。为此日立公司提出了解决策略，并在工程中获得应用。 d.汽温预测控制方法 直流炉汽温控制非常重要，然而具有大滞后特性的汽温控制，难度较大。综合比较各种策略之后，日立采用了预测控制，较好地解决了这一难题。

  42. 六、技术服务 • 　　日立以“时刻为用户着想，提供最优质服务”为工作原则，为中国HIACS系列产品用户，提供全面的工程及维护服务。 • 　及时提供HIACS系列产品的备品备件。 • 　根据中国电厂的实际需求和具体技术状况，提供适合中国电厂的技术方案配置并进行相应的工程实施。 • 　提供HIACS系列产品的售后维护服务，以最优质的服务，保证DCS的稳定运行。 • 　对用户提供HIACS系列产品培训，使用户尽快掌握全面的使用技术。 • 　为HIACS系列产品提供终身售后服务，并24小时到达现场服务，确保用户满意、放心。

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