論文MARK VI控制系統(tǒng)不錯的文章9E燃機控制

1、一、概 述 MARK VI控制系統(tǒng)是GE公司于1999年推出的一種新型控制系統(tǒng)，主要用于燃機、汽機的控 制，經(jīng)擴展后也可用于燃機電廠的控制，它是在原MARK V控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而成的。MARK VI控制系統(tǒng)秉承了原MARK V控制系統(tǒng)的一些主要特點，如控制模塊(R，S，T)和保護模塊(X，Y，Z)的三冗余TMR(Triple Modular Redundant)結(jié)構(gòu)，軟件容錯功能SIFT (Softwa re Implemented Fault Tolerant)等等，同時也進一步加強了系統(tǒng)的可擴展性和人機界面的友好度，使控制系統(tǒng)具有更好的適應性和可擴展性。三、控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu) MARK

2、 VI控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)如圖一所示，整個控制系統(tǒng)具有二層網(wǎng)絡：即PDH和UDH。控制系統(tǒng)的控制器通過UDH與HMI服務器連接，在PDH上掛接著操作員站、打印機、歷史數(shù)據(jù) 站等各種外界設備，通過有關(guān)端口還可與其他控制系統(tǒng)通訊，以組成一個更大更完整的系統(tǒng) 。2.1 廠級數(shù)據(jù)高速公路網(wǎng)絡PDH(Plant Data Highway) PDH是一個對外界(如：DCS)開放的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它將HMI(Hunan Machine Interface)服務器與操作員站、打印機、歷史數(shù)據(jù)站及其他控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，但是不能與MARK VI的控制器直接連接，只能通過UDH與其通訊。PDH采用TCP/IP(Transfer

3、 Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)義)通訊協(xié)議，其通訊方式為廣播式，具有載波監(jiān)聽、多路訪問/碰撞檢測CSMA/CD(Carrier Sence Multiple Access/JCollision Detection)功能，允許共享一條傳輸線的多個站點隨機訪問傳輸線路，各站點平等競爭，使用32位CRC(Cyclic Rendundancy Check，循環(huán)冗余校驗)的誤碼校驗技術(shù)。 網(wǎng)絡速度為10Mb/s或100Mb/s，最多可支持1024個節(jié)點，當采用雙絞線時最長可傳輸100米，采用光纜時最長可傳輸2000米。2.2 機組級數(shù)據(jù)高速公

4、路網(wǎng)絡UDH(Unit Data Highway) UDH 用于控制器與服務器之間的通訊，它不直接對外界開放，只能通過服務器或PDH一外界通訊。 UDH是一個以以太網(wǎng)為基礎的網(wǎng)絡，采用以UDP/IP(User Datagram Protocol/Internet Prot ocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議/國際協(xié)議)協(xié)議標準為基礎的EGD(Ethernet Global Data，以太網(wǎng)全球數(shù)據(jù))協(xié)議。與PDH一樣，UDH的網(wǎng)絡控制方式為廣播式，使用CSMA/CD技術(shù)，誤碼校驗方法也是32位CRC?？膳cGPS(Global Position System，全球定位系統(tǒng))實現(xiàn)時鐘同步，支持的同步信號為：

5、IRIG-A,IRIG-B,NASA-36,定期脈沖等，精度可達±1ms。最多可支持10個節(jié)點，節(jié)點類型主要包括：控制器、PLC、操作員站、工程站。網(wǎng)絡速度為10Mb/s或100Mb/s，當采用雙絞線時最長可傳輸100米，采用光纜時最長可傳輸2000米。  整個控制系統(tǒng)最底層為I/O卡件和接線端子板，I/O卡件通過IONET與探制器 相連，I/ONET是一種系統(tǒng)內(nèi)的I/O總線，即通常所指的I/oBUS，用于MARK VI控制系統(tǒng)VCMI通訊卡、I/O卡 、控制器及保護模件之間的通訊，它不對外界開放。I/ONET是一個采用ADL(Asynchronous Devic

6、e Language，異步設備語言)協(xié)議的以太網(wǎng)，保留了CSMA功能。I/ONET是一種主/從式通訊結(jié)構(gòu)，VCMI通訊卡作為主站來挑選哪個從站進 行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡速度為10Mb/s。使用32位CRC的誤碼校驗技術(shù)。最多可支持16個節(jié)點，當采用同軸電纜時最長可傳輸185米，采用光纜時最長可傳輸2000米。三、硬件配置 MARK VI控制系統(tǒng)的硬件配置，根據(jù)控制器的配置情況分為單一控制模式和三冗余(TMR)模 式，下面僅介紹三冗余模式。3.1 外設 MARK VI控制系統(tǒng)的外圍設備配置可根據(jù)用戶的要求在一定范圍內(nèi)進行選擇，包括HMI的數(shù)量、型式規(guī)范、LCD或CRT等。 3.2 控制站 控制站內(nèi)控制

7、柜和I/O柜的組成。控制柜中布置有R、S、T控制器，通過三個IONet與I/O柜相連，同時分別與三冗余的X、Y 、Z保護模塊通訊，并通過控制器的以太網(wǎng)接口與UDH相接，其典型的TMR結(jié)構(gòu)如圖二所示。  MARK VI的控制柜為前開門結(jié)構(gòu)，單門，尺寸為：高2438mm、寬1006.3mm、深600mm，防護等級為NEMA1，運動環(huán)境溫度：0-45，濕度：5%-95不結(jié)露。I/O柜中布置有I/O卡、端子板及電源分配模塊(PDM)，通過三個IONet與控制器相連，并通過預制電纜與端子板相連。I/O柜為前開門結(jié)構(gòu)，雙門，尺寸為：高2438mm、寬1600mm、深6 00mm，防護等

8、級為NEMA1，運動環(huán)境溫度：0-50，濕度：5%-95%不結(jié)露。一個典型的完整的MARK VI控制系統(tǒng)包括1只控制柜和2只I/O柜，控制柜位于2只I/O柜之間 ，其中1只I/O柜裝有PDM模塊，電源要求120/240VAC和/或125VDC，電纜出線可以從頂部也可以從底部。 3.3 I/O卡和端子板的配置 MARK VI控制系統(tǒng)的大多數(shù)I/O卡件采用相同的尺寸設計，和相同的數(shù)字信號處理器(TMS32 0C32)。其CPU是一個高速處理器，對模擬量和開關(guān)量的采集速度可達5ms和1ms。其中，VCCC 卡和VCRC卡可用于SOE記錄，此時的開關(guān)量信號輸入分辯率為1ms；VCMI卡為通訊卡，每塊I

9、/ O卡都會送一個ID信號至VCMI卡，該ID信號包括硬件系列號、版本、代碼、固化數(shù)字和固化版本。每一類I/O卡件都有其特殊的端子板，其種類及對應關(guān)系見表一，I/O卡件通過37針的 D型連接器與端子板相連。   四、軟件功能 4.1 操作系統(tǒng) MARK VI控制系統(tǒng)的所有操作員站、通訊服務器及工程師站都使用Microsoft Windows NT 操作系統(tǒng)，在操作員站、通訊服務器上裝有CIMPLICITY圖形顯示系統(tǒng)，為操作員提供實時環(huán)境中的控制和可視化處理，工程師站運行控制系統(tǒng)的TOOLBOX軟件，用于系統(tǒng)組態(tài)。HMI中的重要界面通過使用CimEdit、圖形編輯組件及Ci

10、mView、高性能運行觀察組件來完成。MARK VI的I/O系統(tǒng)，由于其TMR的特殊要求，采用一種專用的系統(tǒng)。MARK VI的控制器采用QNX操作系統(tǒng)，這是一個適用于燃機控制保護等高速自動場合的實時系統(tǒng)。 4.2 應用軟件功能 4.2.1 報警顯示記錄功能 MARK VI控制系統(tǒng)的報警顯示記錄功能包括了操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示，報警顯示及定期記錄、事故追憶記錄、事故順序(SOE)記錄等功能。 4.2.2 控制保護功能 MARK VI為燃機及其輔助系統(tǒng)提供的典型控制保護功能分成三部分：調(diào)節(jié)控制、順序控制和保護。調(diào)節(jié)控制功能包括：·啟動控制；·轉(zhuǎn)速/負荷的設定和調(diào)節(jié)；&#

11、183;燃機溫度控制；·導葉控制；·燃料控制；·發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的設定；·同步控制；·煙氣排放控制；·蒸汽流量隔離控制；·蒸汽流量控制；·排汽溫度控制；·軸封蒸氣系統(tǒng)控制；·油系統(tǒng)控制；·本體疏水系統(tǒng)控制。順序控制功能包括：·燃機輔助系統(tǒng)順控；·啟動運行和停機順控；·吹掃和點火順控；·報警管理；·同期；·H2順控；·維修啟動；·跳機和計時器；·事件計數(shù)器(人工啟動·點火啟動·緊急

12、跳閘·時間測量表·點火時間·DCS接口)。保護功能包括：·超速保護(冗余)；·超溫保護(包括發(fā)電機)；·振動保護；·滅火保護；·燃燒監(jiān)測器保護；·CO2火災保護；·潤滑油壓低保護；·潤滑油溫度高保護；·冷凝器真空低保護；·汽輪機排汽溫度高保護等。 五、與外部的通訊 5.1 與DCS的通訊 MARK VI與DCS的通訊如圖一所示，主要有以下三種不同的方式：Modbus串行通訊；Modbus以太網(wǎng)通訊；GSM以太網(wǎng)通訊。 5.1.1 Modbus串行通訊 Modbus串

13、行通訊是MARK VI通過其HMI SERVER的RS-232C串口，采用Modbus通訊協(xié)議與DCS 進行串行連接的一種通訊方式。MARK VI的HMI作為從站對來自主站(DCS操作員站)的請求作出響應，接收DCS發(fā)出的邏輯命令和模擬量設定值指令，并向DCS傳送有關(guān)數(shù)據(jù)。其主要特點為：通訊類型：主從式，全雙工，異步通訊通訊速率：19200波特或9600波特傳輸介質(zhì)和距離：使用RS-232C電纜，不加調(diào)制解調(diào)器時，為15.24米；使用RS-485轉(zhuǎn)換器 時，為1930米傳輸模式：ASCII(美國標準信息交換代碼)碼模式：消息中的每個8Bit字節(jié)作為兩個ASCII字符發(fā)送，每個ASCII字符都由

14、一個十六進制字符組成。這種方式的主要優(yōu)點是字符發(fā)送的時間間隔可達到1秒而產(chǎn)生錯誤。RTU(遠程終端單元)模式：消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。誤碼檢驗方式：ASCII碼模式：LRC(縱向冗余檢測)方式RTU模式：16位CRC方式或奇偶校驗方式可選。 5.1.2 Modbus以太網(wǎng)通訊 Modbus以太網(wǎng)通訊方式采用的是Moddbus TCP/IP協(xié)議，它是Modbus與以太網(wǎng)ICP/IP的結(jié)合 ，在TCP/IP協(xié)議中嵌入Modbus信息幀，成為Modbus TCP/IP協(xié)議。MARK VI控制器支

15、持MODBUS以太網(wǎng)通訊方式作為一個標準的從站界面，以太網(wǎng)在控制系統(tǒng)的不同部分之間建立了高速通訊，Modbus TCP/IP協(xié)議位于TCP/IP協(xié)議的頂層，允許第三方M odbus主站計算機用Modbus功能代碼子集讀寫控制器中的信號，MARK VI控制器將對這種命令作出響應。其主要特點為：通訊類型：多站以太網(wǎng)CSMA/CD，使用Modbus TCP/IP協(xié)議，僅作為從站通訊速率：10Mb/s 傳輸介質(zhì)和距離：使用10Base2同軸電纜時，為185米；使用10Base2屏蔽雙絞線時，為100 米；使用10BaseFL光纜時，可達數(shù)千米。誤碼檢驗方式：32位CRC。 5.1.3 GSM以太網(wǎng)通訊

16、 在實際應用中，MARK VI往往需要將一些帶有高分辯率就地時間標簽的信號如報警信號(25 Hz)、系統(tǒng)事件信號(25Hz)、SOE信號(1ms)傳送至DCS。MARK VI采用TCP/IP協(xié)議的以太 來傳送這些帶時間標簽的數(shù)據(jù)，另外，CE公司同時提供了一個應用層的GSM協(xié)議。TCP/IP GSM協(xié)議支持以下4類運用層的信息：管理信息：由MARK VI發(fā)送至DCS，反映通訊鏈路可用性；事件驅(qū)動信息：當報警發(fā)生/清除、系統(tǒng)事件發(fā)生/清除以及SOE開關(guān)量開/合時，MARK VI自動將這些信息傳送給DCS，每個邏輯點帶有單獨的時間標簽。定期的數(shù)據(jù)信息：MARK VI中的所有約5000點數(shù)據(jù)都可以由D

17、CS定義為數(shù)據(jù)組，加上組時間標簽后，以1S的周期發(fā)送至DCS。普通請求信息：由DCS發(fā)送至MARK VI，主要的控制命令和報警隊列命令，其中，控制命令 包括：啟停命令、升降負荷命令和模擬量設定點命令；報警隊列命令包括：靜音和復位命令 。另外，GSM以太網(wǎng)通訊還具備常規(guī)以太網(wǎng)通訊的其他一些主要特點。 5.2 時鐘同步 MARK VI控制系統(tǒng)的時鐘同步系統(tǒng)將UDH上的燃機、汽機、發(fā)電機控制及HMI的時間統(tǒng)一到G TS(Global Time Source，全球時間源)時間源。首選的GTS為GPS(Global Positioning Sate llite，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))時間。一臺HMI的PC機

18、裝有一塊時間/頻率處理器卡(BC620AT或BC 627AT卡)作為時間主站，從GTS獲得高精度的時間，使用NTP (Network Time Protocol，網(wǎng)絡時間協(xié)議)協(xié)議將時間信息用于燃機、汽機、發(fā)電機控制，并通過廣播方式或?qū)TP時間詢問的方式向時間從站(包括未裝時間/頻率處理器卡的HMI PC機)提供時間信息。作為冗余配置，可在另一臺HMI PC機上裝設一塊時間/頻率處理器卡，用于備用。當GTS的時間主站不可 用時，時間/頻率處理器卡將切換至飛輪模式(Flywheel Mode)，不用中斷電廠系統(tǒng)時間即可對GTS進行維修，此時，每小時的時間漂移量為±2ms；并且當原時間主站不可用時，所有的 時間從站都會選取備用的時間主站，這樣，UDH上的所有節(jié)點都鎖定在同一個時間參考點上 。MARK VI可采用的時間源主要有：(1)調(diào)制模式的IRIG-A，IRIG-B，2137，或NASA-36時間代碼信號(調(diào)制比率)：3：16 ：1，調(diào)制幅度：0.55V峰-峰值)； (2)直流電平偏移模式的IRIG-A，IRIG-B，213 7，或NASA-36時間代碼信號(TTL/CMOS兼容電壓電平