Transcript 幻灯片 1

日立大型电站专用分散控制系统（DCS）
HIACS-5000M
1. 日立HIACS-5000M系统概要
2. HIACS-5000M控制系统的技术特点
3. 日立的协调控制策略
4. 在中国主要供货业绩
1
1. 日立HIACS-5000M概要
1.1 HIACS-5000M系统的厂家情况
1.2 日立在电站控制工程中的优势
1.3 日立电站专用HIACS系列分散控制系统的发展历程
1.4 日立在电站控制领域采用的针对性对策
2
日立HIACS-5000M系统的厂家情况
信息产业部
电子第六研究所
株式会社
日立制作所
多经营领域的大型跨国企业集团
在火力发电领域，是集锅炉、汽
轮机、发电机、控制系统等综合
全能型供货厂家
1986年双方开始合作
引进电站控制系统先进技术
1994成立北京日立控制系统有限公司
现股权比：日立80％；六所：20％
原电子部第六研究所
国内计算机、通讯、控制领域技
术领先
众多国家、部级科技成果
1。职工120人，本科以上技术
人员占85％；
2。年生产能力20台套以上
600MW以上DCS系统；
3。中关村科技园区优秀新技术
企业、信誉企业；
4。ISO9001:2000质量管理体系
认证；
5。在中国超临界机组上使用19
台套。
3
日立在电站控制工程中的优势
1. 日立为电站设备的综合厂家
日立既提供电站DCS系统，也是机、炉、电主机设备的制造厂家，为少有的全能型电站设备综合供应商
2.HIACS-5000M系统是为电站专用设计的控制系统
• 确定性的FDDI光纤分布式数据网络
• 特别适合工程应用的采用RISC出力器芯片的控制器，冗余CPU切换时间仅1ms
• 全冗余、全分散的电源系统和高可靠的接地设计
• 适用于各种发电机组，可覆盖所有控制功能
3. 先进的机组协调控制策略
具有丰富的大型机组控制经验及经大量工程实际验证的最适大型燃煤机组的控制策略
4. 具有众多的工程业绩
在世界上超/超超临界机组上控制系统业绩最多
日立从1990年开始在中国做200MW以上机组DCS工程，目前已有120余台套以上供货业绩
中国首台投入商业运行的百万级机组采用的DCS系统就是日立的HIACS-5000M系统
6. 完善的工程、服务体系
北京日立提供全方位的工程及技术服务，更加方便、快捷
4
日立HIACS系列分散控制系统的发展历程
Hitachi developed HIACS-2000
that digitalized it prior to the
world in the 1970’s.
HITACHI developed HIACS3000 that covers all the
functions with 1 controller in
the 1980’s.
The present most new model is
HIACS-5000M.
The characteristic of HIACS-5000M is
excellent in maintenance conveniently
with the dispersion system.
HIACS-5000M
HIACS:
Hitachi Integrated Autonomous Control System
HIACS-5000
HIACS-3000
HIACS-2000
H-1000
’ 75
’ 80
’ 85
’ 90
’ 95
2000
5
日立在电站控制领域采用的针对性对策
采用最适合电站需要的分散控制系统结构
 为电站控制工程专门设计的最新型自治分散控制系统
 统一(UNI-CONCEPT)系统：控制功能可覆盖大型机组控制的MCS、SCS、DAS、FSSS、
DEH、MEH、AVR、旁路控制、脱硫、主要辅机和辅助车间等系统，保证总体优化运行。
 开放系统：方便与第三方控制系统对接(包括SIS，MIS等），消灭信息孤岛，实现全厂综合
自动化。
 方便组成单元机组与公共系统的DCS结构，与工艺系统实现完美结合
2) 采用快速、稳定、可靠的机组级控制光纤传输通讯网络-μΣ100网络
 通讯速度100Mbps，实现高速数据的通讯
 采用光纤环网，令牌传送，遵从FDDI协议，保证网络负荷的稳定
 二重化环状冗余网络，配合信息回绕（LOOP BACK）技术，实现了网络故障下的信息传输
1)
3) 采用全分散、全冗余的电源系统及可靠的接地系统
系统的电源配置思想是：每个用电设备均配置独立的电源装置(全分散)，且每个用电设备使用的
电源都是冗余的(全冗余)；接地系统的设计：不使用独立的地；同时对接地电阻的要求及其宽泛
4) 采用高功能、高可靠性的控制器
一种高功能的控制器(高速度、大容量)适用于汽轮机控制(DEH)，调节控制(MCS)，顺序控制
(SCS)，燃烧控制(MBS)，励磁控制(AVR)，燃汽轮机控制等电厂控制功能；
控制器冗余配置，无扰切换；冗余切换时间1毫秒。
使用RISC技术的R600系列控制器，性能更加强大
5) 采用高功能、全中文化、使用便捷的友好人机界面
6
2. HIACS-5000M控制系统的技术特点
2.1 适合电站需要的分散控制系统结构
2.2 快速、稳定、可靠的机组级控制光纤传输通讯网络-μΣNetwork-100网络
2.3 全分散的电源系统及可靠的接地系统
2.4 功能强大、快速、针对电站控制设计的控制器-R600系列控制器
2.5 高功能、全中文化、使用便捷的友好人机界面
7
适合电站需要的分散控制系统结构
结构特点：
1.
系统结构与工艺系统相同
2.
监视、操作与控制级网络为同
一网络，结构更合理、通讯更
快捷
3.
网络耦合器(控制器)实现了无
网关的单元机组与公共系统的
连接，无通讯延迟
4.
设置单独的用于实时性不强的
打印数据通讯网络，在实现打
印机资源共享的同时，也做到
了通讯数据的合理分流，不占
用控制级网络的负荷
5.
单元机组的MMI对公共系统实
现监视和互锁操作
6.
提供多协议对接口的通讯接口
站，实现与外部设备的接口
8
某电厂使用HIACS-5000M系统构成(例)
3#机组DCS(同1#机组)
中央控制室
以太网
4台激光打
印机
操作员站1
操作员站3
操作员站4
并屏器
μΣ100兆光纤网
路由器
100"大屏幕投影 100"大屏幕投影
操作员站5
工程师站
MIS
历史站
2#机组DCS(同1#机组)
μΣ100兆光纤网
1#机组μΣ-Network100兆光纤网
通讯
接口
网络
耦合器
DE
H系
统
控
制
器
锅
炉
顶
部
炉
顶
远
程
I/O
控
制
器
炉
顶
远
程
I/O
控
制
器
汽
机
平
台
DC
S系
统
控
制
器
1
DC
S系
统
控
制
器
15
网络
耦合器
通讯
接口站
公用系统μΣ-Network100兆光纤网
机组对外
通讯连接
CIS
接口部分
单独供货
网络
耦合器
循
泵
房
循
环
水
泵
A/B
控
制
器
循
环
水
泵
C/D
控
制
器
循
环
水
泵
E/F
控
制
器
1#机组设备间
公
用
电
气
1#
控
制
器
公
用
电
气
2#
控
制
器
公
用
电
气
3#
控
制
器
空
压
机
系
统
控
制
器
空
气
压
缩
机
站
公用系统设备间
某电厂3*600MW机组网络设备总体结构图
9
确定、快速、高可靠的控制级网络(μ∑Network-100)
主要技术参数
项
目
说
明
连接的设备
控制器、操作员工作站、历史工作站、工程师工作站、通讯接
口站
拓扑结构
双冗余环网
通信速度
100Mbps
通信距离
站间距离：最大2km（缺省配置）/最大20KM(长线驱动)
环网总长：最大100km
最大站数
255
通讯规约
IEEE802.5
访问方式
令牌(FDDI)
采用快速、稳定、可靠的机组级控制光纤传输通讯网络-μΣNetwork-100网络
• 通讯速度100Mbps，实现高速数据的通讯
• 采用光纤环网，令牌传送，遵从FDDI协议，保证网络负荷的稳定，较以太网用于工
业控制系统的最大优势，在于网络通讯的确定性
• 二重化环状冗余网络，令牌双方向向传送，采用信息回绕（LOOP BACK）技术，实
现了在网络线路、站点故障下的数据通讯
10
双重化、环形令牌网的Loop Back功能
站故障站情况
正常情况
主线
2#站
2#站
故障站
SUB NLINE
1#站
返回
3#站
1#站
3#站
4#站
4#站
传送线路故障情况
•某个站点故障情况下其他站点仍可正常传送
•单一网络通讯线路故障情况下，各站点数据
传输都不会受到影响
•在某个局部两条通讯线路均故障的极端情况
下(如：循泵通讯线路施工切断)，各站点仍可
正常传递数据
•任何故障发生时，及时报警，配合在线维护
方式，系统故障消除，网络自行恢复
2#站
线路故障
1#站
3#站
4#站
11
HIACS-5000M系统与其他系统的通讯接口
人机接口
通讯接口站有如下特点
·模块式结构，配置灵活；
·为多接口、对协议接口站，
可通过方面的组态界面，实现
对某个接口的协议定义；
·每个接口站最多可配置8个接
口，接口每个接口协议可自由
指定；
·接口可根据需要进行冗余配
置；
·常用通讯协议采用标准的通
讯软件模块，对特别要求的不
常用通讯协议，可据需要定制
。
100 M 令牌光纤网
控
制
器
控
制
器
组态便捷、配置灵活
的通讯接口站
通讯接口站
1
8
(其他系统)
12
高可靠的电源系统构成
电源系统有如下特点
AC
AC
初 级
初 级
48V
5V
用电设备
5V
48V
交流供电
·每个用电设备均独立配置电
源装置；
初级模块
·为每个用电设备配置的电源
装置均是双重化冗余配置的；
次级模块
·实现双路电源故障下的切换
时间为：0ms；
系统供电
·对电源状态可实现在线监视
，故障时及时报警；配合在线
电源装置维护，电源系统可用
性更高。故障排除，系统状态
自动恢复
13
适应电站环境的、可靠的接地系统设计
CTL CTL
CTL
CTL CTL
CTL
AC 220V
接地系统有如下特点
·电厂无需为DCS系统设
置单独的地，系统只需要
单点接入电厂的电气地即
可
AC 220V
·对接地条件具有极强的
适应性，只要接地电阻不
大于100欧姆，DCS系统就
可以正常工作
单点接地
地脚螺钉
14
HIACS-5000M配置的控制器-R600CH
专为电站设计
组态、维护便捷
采用高功能、高可靠性的控制器
•一种高功能的控制器(高速度、大容量)适用于汽轮机控
制(DEH)，调节控制(MCS)，顺序控制(SCS)，燃烧控制
(MBS)，励磁控制(AVR)，燃汽轮机控制等电厂所有控制
功能；
•控制器冗余配置，无扰切换；冗余切换时间仅1毫秒。
•使用RISC技术的R600系列控制器，性能更加强大
•同一控制器哪可对不同的任务设定不同的控制周期
•系统程序与应用程序存贮在不同的存储器中，系统更加
安全可靠
15
快速、高可靠的控制器结构
μΣ-Network-100
R600CH
CTL
RISC工业级
处理器芯片，
相当于同等主
频的一般
PC3-4倍的处
理速度
100Mbps
O/E
O/E
Risc32
位处理器
PMS
控制器实时系统软件PMS，处
理速度快，实现了同一控制器
中不同任务可设定不同的控制
周期(10ms间隔设定)，而且不
产生内存垃圾
Tie-Back
O/E
O/E
总线
Risc32
PMS
位处理器
高速并行I/O总线>100Mbps
I/O
模
件
I/O
模
件
专门的总线用于冗
余CPU的信息交换，
不占用控制级网络
的通讯负荷
高速的I/O并行总线，实
现了网络、控制器、I/O
系统的“全程高速”通路
I/O
模
件
双重化光纤
令牌网络
热冗余高速
RISC处理器
高速总线
智能化
I/O模件
16
控制器应用的负荷实测结果(W厂)
实测负荷率
Max(%)
平均(%)
10.23
10.18
NO.
CTL
1
MCS1
运算周期
(ms)
200
2
MCS2
100
12.32
11.86
3
FSS
100
11.45
10.97
4
BMS&MILL1
6.38
6.20
5
BMS&MILL2
5.66
5.49
6
SCS1
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
在控制周期
200
50ms的情况下，
200
最大负荷率仅
100
为23.6%；
17
例2:某电厂CTL负荷实测结果(N厂)
实测负荷率
Max(%)
平均(%)
28.84
28.06
NO.
CTL
1
OPC
运算周期
(ms)
20
2
BTC
200
10.69
10.44
3
通风在控制周期20ms的
200
8.52
8.30
7.52
7.32
4
OPC控制器，最大负
BMS&MILL1
200
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
荷率也仅为28.84%；
18
例3:某电厂控制器内存实测数据(w厂)(1/2)
NO
CTL功能
1
BTC
2
MCS1
3
MCS2
4
MSC1
5
BMS1
6
BMS2
内存区
逻辑区
通讯区
逻辑区
通讯区
逻辑区
通讯区
逻辑区
通讯区
使用实时系统软件
PMS，不产生内存垃
逻辑区
圾，控制器内存占有
通讯区
率低，本例中不超过
逻辑区
10%
通讯区
已占用%
6
1
6
2
4
1
3
1
6
2
7
1
未用区%
94
99
94
98
96
99
97
99
94
98
93
99
19
例3:某电厂控制器内存实测数据(w厂)(2/2)
NO
CTL功能
7
SCS1
8
SCS2
9
DAS
10
11
DEH
MEH
内存区
逻辑区
通讯区
逻辑区
通讯区
使用实时系统软件
逻辑区
PMS，不产生内存垃
通讯区
圾，控制器内存占有
逻辑区
率低，本例中不超过
10%
通讯区
逻辑区
通讯区
已占用%
6
2
6
2
4
2
4
2
1
1
未用区%
94
98
94
98
96
98
96
98
99
99
20
HIACS-5000M系统的人机界面
主要特点
• 全中文化界面
各个功能，各个层次都是中文化的，因此称为全中文 化界面
主要包括：
• 工程师站
● 历史站
1.装有高功能的Hierarchical CAD系统，绘图简便，执行文件与图形文件自动一致化，作图与编程一步
完成
2.采用大宏指令分层可定义结构，进行控制逻辑回路的阶层设计，采用图形界面和POL语言（POL：
Problem Oriented Language)，不需要工程师具有专门的计算机软件的知识，就能掌握系统组态、修改
和维护等工作
3.通过逻辑仿真功能，在实体的控制器上检证FDB逻辑演算，能减少系统现场的调整，大修时的恢复确
认等工作量。
● 值长站
• 操作员站
● 工程师站
● 操作员站
1·采用服务器集群式软件结构，完成分布计算、冗余处理，使其具有高可靠性。
2·采用开放式网络结构及通用性强的操作系统，使其可扩展性强
3·采用先进的窗口技术，通过丰富、灵活的画面，使用户操作更直观、方便。
4·提供面向对象，可视化定义的开发工具，用户无需编程，可进行监视、操作画面的组态，操作端可自
动生成。
5·通过图形界面提供多种在线维护功能，使其可维护性强。
•历史站
1·可收集所有数据库中的点
2·报表收集（时间型，事件型）
3·检索功能（时间检索、名称检索）
4·趋势回放功能：所有被采集点均可以以趋势图方式回放
5·可请求或设定自动转储至指定介质
21
3.日立的协调控制策略
●采用MWD信号作为炉侧能量需求信号；
用主蒸汽压力修正发电量反馈信号MW，可以计算主蒸汽
压力变动对发电量的影响，即可将发电量的偏差降到零，
也能将governor稳定在一定位置
●动态并行前馈控制
为子系统建立前馈设定信号，一改从来基于反馈的串行控
制方式，而是采用动态的并行前馈控制，实现小偏差调节
控制
●过程加速(BIR)控制
针对负荷变化的过程，恰当地对锅炉输入进行调整，引
入BIR信号，将各子系统的锅炉输入量控制得比平衡量多些
或少些，进一步加快机组对负荷变化的响应
22
日立协调控制策略说明
日立公司大型燃煤机组的协调控制思想
MSP
辅机
DEH
锅
炉
空气
A
G
T
负荷
基准
∑
P1
MW
~
X
△mw
PI
非线性
M
W'
+
MW
D
燃料
AM
水
形成
BCS
B
D
加速
信号
A
H
-
T
∑
PI
△P
P0
+
AM
A
H
C
SP设定
电路
前馈信号
A:采用MWD信号作为锅炉侧的能量需求信号，比其他厂家采用P1信
号的方式快一个锅炉的综合时间常数Tb；
用主蒸汽压力修正发电量反馈信号MW
B:将主蒸气压力调节分量叠加到MWD上，以克服内扰；
C:动态并行前馈：为锅炉的各个子系统建立前馈设定信号；
D:在负荷变化过程中，引入过程加速信号(BIR),进一步加快机组
对负荷的响应。
23
4. HIACS-5000M在中国的主要业绩
黑龙江省
哈尔滨
吉 林省
乌鲁木齐
甘粛省
宁夏回族
自治区
⑬
山西省
銀川
青海省
兰州
四川省
拉
萨
江苏省
郑
州
安徽省
上海市
南京市
河南省
22
21 35
27 32
湖北省
合肥
33 25
⑪
武汉 ⑨
杭州
⑮ ⑭
38
30
浙江省
南昌
江西省
长沙
湖南省
貴陽
福州
福建省
昆明
云南省
济南
山東省
38 ⑤
成都市
貴州省
④
23
西安
西藏自治区
石家庄
太原
陕
西
省
西宁
长春
⑫
⑲ 辽宁省⑩ ②
北京市
沈
⑧
29
阳
26 ⑯
⑳ 39①⑰
⑥
③
北京日立
天津市
河北省
呼和浩
特 28
新疆维吾尔自治区
⑦
34
31 24
内蒙古自治区
广西壮族自治区
广东省
广州
⑱
台
湾
省
南宁
36
37
海南 島
24
HIACS系统在中国
机组出力
分类
HIACS5000M
新机
HIACS5000
/3000
新机
合计
900 600 500 350 300 200 其他 合计
MW MW MW MW MW MW
2
20
改造
4
1
2
改造
1
2
22
2
4
10
4
40
3
11
2
17
8
1
4
15
4
41
3
49
25
53
13
121
25
国内其他近期交付和即将交付的新机DCS(1/2)
顾客名称
机组容量
功能范围
投运时间
上海外高桥二期
2×900MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/MEH/SIS
2003/12
华润常熟电厂
3×600MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/MEH/DEH/
脱硫
2004/4/9
2005/1
河北王滩电厂
4×600MW
MCS/DAS/SCS/FSSS/MEH/DEH/E
TS
2005/2
潮州三百门电厂
4×600MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/MEH/DEH/E
TS/脱硫
2005/10
阜阳华润电力
2×600MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/MEH/DEH/E
TS
2006/4
大唐三门峡电厂
2×600MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/MEH/DEH/E
TS
2006/2
26
国内近期交付和即将交付的新机DCS(2/2)
顾客名称
机组容量
功能范围
投运时间
河南华润首阳山
2×600MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH/ETS/MEH
2005/6
元宝山4号机组
600MW
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH/ETS/MEH
2006/3
南阳天益
2×600MW
(超临界)
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH/ETS/MEH
2008/3/5
华能阳逻电厂2号
300MW
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH
2000/10
大唐唐山电厂
2×300MW
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH/脱硫
2004/1/4
国投北部湾电厂
2×300MW
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH/MEH/BPC
2004/2
陡河7、8号机
200MW
脱硫
2004、5/9
大唐红河开原电厂
2×300MW
MCS/DAS/SCS/FSSS/DEH/ETS/MEH/循 2005/4
环硫化床
27
超群的系统制造水平
专家调查结果：
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）。
近期统计结果：
在中国境内使用的HIACS-5000M系统，硬件质量表现极为出色，损坏率极低。以外高桥2*900WM机组、
常熟3*600MW机组、阜阳2*600MW机组为例，其模件的损坏率均为零。
28