一、概述控制系统是GE公司于1999年推出的一种新型控制系统,主要用于燃机、汽机的控制,经扩展后也可用于燃机电厂的控制,它是在原MARKV控制系统的基础上发展而成的。控制系统秉承了原MARKV控制系统的一些主要特点,如控制模块(R,S,T)和保护模块(X,Y,Z)的三冗余TMR(TripleModularRedundant)结构,软件容错功能SIFT(SoftwareImplementedFaultTolerant)等等,同时也进一步加强了系统的可扩展性和人机界面的友好度,使控制系统具有更好的适应性和可扩展性。三、控制系统的网络架构控制系统的网络架构如图一所示,整个控制系统具有二层网络:即PDH和UDH。控制系统的控制器通过UDH与HMI服务器连接,在PDH上挂接着操作员站、打印机、历史数据站等各种外界设备,通过有关端口还可与其他控制系统通讯,以组成一个更大更完整的系统。2.1厂级数据高速公路网络PDH(PlantDataHighway)是一个对外界(如:DCS)开放的网络系统,它将HMI(HunanMachineInterface)服务器与操作员站、打印机、历史数据站及其他控制系统联网,但是不能与MARKVI的控制器直接连接,只能通过UDH与其通讯。采用TCP/IP(TransferControlProtocol/InternetProtocol,传输控制协议/网际协义)通讯协议,其通讯方式为广播式,具有载波监听、多路访问/碰撞检测CSMA/CD(CarrierSenceMultipleAccess/JCollisionDetection)功能,允许共享一条传输线的多个站点随机访问传输线路,各站点平等竞争,使用32位CRC(CyclicRendundancyCheck,循环冗余校验)的误码校验技术。网络速度为10Mb/s或100Mb/s,最多可支持1024个节点,当采用双绞线时最长可传输100米,采用光缆时最长可传输2000米。2.2机组级数据高速公路网络UDH(UnitDataHighway)用于控制器与服务器之间的通讯,它不直接对外界开放,只能通过服务器或PDH一外界通讯。UDH是一个以以太网为基础的网络,采用以UDP/IP(UserDatagramProtocol/InternetProtocol,用户数据报协议/国际协议)协议标准为基础的EGD(EthernetGlobalData,以太网全球数据)协议。与PDH一样,UDH的网络控制方式为广播式,使用CSMA/CD技术,误码校验方法也是32位CRC。可与GPS(GlobalPositionSystem,全球定位系统)实现时钟同步,支持的同步信号为:IRIG-A,IRIG-B,NASA-36,定期脉冲等,精度可达±1ms。最多可支持10个节点,节点类型主要包括:控制器、PLC、操作员站、工程站。网络速度为10Mb/s或100Mb/s,当采用双绞线时最长可传输100米,采用光缆时最长可传输2000米。整个控制系统最底层为I/O卡件和接线端子板,I/O卡件通过IONET与探制器相连,I/ONET是一种系统内的I/O总线,即通常所指的I/oBUS,用于MARKVI控制系统VCMI通讯卡、I/O卡、控制器及保护模件之间的通讯,它不对外界开放。是一个采用ADL(AsynchronousDeviceLanguage,异步设备语言)协议的以太网,保留了CSMA功能。I/ONET是一种主/从式通讯结构,VCMI通讯卡作为主站来挑选哪个从站进行数据传输,网络速度为10Mb/s。使用32位CRC的误码校验技术。最多可支持16个节点,当采用同轴电缆时最长可传输185米,采用光缆时最长可传输2000米。三、硬件配置控制系统的硬件配置,根据控制器的配置情况分为单一控制模式和三冗余(TMR)模式,下面仅介绍三冗余模式。3.1外设控制系统的外围设备配置可根据用户的要求在一定范围内进行选择,包括HMI的数量、型式规范、LCD或CRT等。3.2控制站控制站内控制柜和I/O柜的组成。控制柜中布置有R、S、T控制器,通过三个IONet与I/O柜相连,同时分别与三冗余的X、Y、Z保护模块通讯,并通过控制器的以太网接口与UDH相接,其典型的TMR结构如图二所示。MARKVI的控制柜为前开门结构,单门,尺寸为:高2438mm、宽1006.3mm、深600mm,防护等级为NEMA1,运动环境温度:0℃-45℃,湿度:5%-95不结露。柜中布置有I/O卡、端子板及电源分配模块(PDM),通过三个IONet与控制器相连,并通过预制电缆与端子板相连。I/O柜为前开门结构,双门,尺寸为:高2438mm、宽1600mm、深600mm,防护等级为NEMA1,运动环境温度:0℃-50℃,湿度:5%-95%不结露。一个典型的完整的MARKVI控制系统包括1只控制柜和2只I/O柜,控制柜位于2只I/O柜之间,其中1只I/O柜装有PDM模块,电源要求120/240VAC和/或125VDC,电缆出线可以从顶部也可以从底部。3.3I/O卡和端子板的配置控制系统的大多数I/O卡件采用相同的尺寸设计,和相同的数字信号处理器(TMS320C32)。其CPU是一个高速处理器,对模拟量和开关量的采集速度可达5ms和1ms。其中,VCCC卡和VCRC卡可用于SOE记录,此时的开关量信号输入分辩率为1ms;VCMI卡为通讯卡,每块I/O卡都会送一个ID信号至VCMI卡,该ID信号包括硬件系列号、版本、代码、固化数字和固化版本。每一类I/O卡件都有其特殊的端子板,其种类及对应关系见表一,I/O卡件通过37针的D型连接器与端子板相连。四、软件功能4.1操作系统控制系统的所有操作员站、通讯服务器及工程师站都使用MicrosoftWindowsNT操作系统,在操作员站、通讯服务器上装有CIMPLICITY图形显示系统,为操作员提供实时环境中的控制和可视化处理,工程师站运行控制系统的TOOLBOX软件,用于系统组态。HMI中的重要界面通过使用CimEdit、图形编辑组件及CimView、高性能运行观察组件来完成。的I/O系统,由于其TMR的特殊要求,采用一种专用的系统。MARKVI的控制器采用QNX操作系统,这是一个适用于燃机控制保护等高速自动场合的实时系统。4.2应用软件功能4.2.1报警显示记录功能控制系统的报警显示记录功能包括了操作显示、成组显示、棒状图显示,报警显示及定期记录、事故追忆记录、事故顺序(SOE)记录等功能。4.2.2控制保护功能为燃机及其辅助系统提供的典型控制保护功能分成三部分:调节控制、顺序控制和保护。调节控制功能包括:启动控制;转速/负荷的设定和调节;燃机温度控制;导叶控制;燃料控制;发电机励磁系统的设定;同步控制;烟气排放控制;蒸汽流量隔离控制;蒸汽流量控制;排汽温度控制;轴封蒸气系统控制;油系统控制;本体疏水系统控制。顺序控制功能包括:燃机辅助系统顺控;启动运行和停机顺控;吹扫和点火顺控;报警管理;同期;顺控;维修启动;跳机和计时器;事件计数器(人工启动·点火启动·紧急跳闸·时间测量表·点火时间·DCS接口)。保护功能包括:超速保护(冗余);超温保护(包括发电机);振动保护;灭火保护;燃烧监测器保护;火灾保护;润滑油压低保护;润滑油温度高保护;冷凝器真空低保护;汽轮机排汽温度高保护等。五、与外部的通讯5.1与DCS的通讯与DCS的通讯如图一所示,主要有以下三种不同的方式:串行通讯;以太网通讯;以太网通讯。5.1.1Modbus串行通讯串行通讯是MARKVI通过其HMISERVER的RS-232C串口,采用Modbus通讯协议与DCS进行串行连接的一种通讯方式。MARKVI的HMI作为从站对来自主站(DCS操作员站)的请求作出响应,接收DCS发出的逻辑命令和模拟量设定值指令,并向DCS传送有关数据。其主要特点为:通讯类型:主从式,全双工,异步通讯通讯速率:19200波特或9600波特传输介质和距离:使用RS-232C电缆,不加调制解调器时,为15.24米;使用RS-485转换器时,为1930米传输模式:美国标准信息交换代码)码模式:消息中的每个8Bit字节作为两个ASCII字符发送,每个ASCII字符都由一个十六进制字符组成。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而产生错误。远程终端单元)模式:消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据。误码检验方式:码模式:LRC(纵向冗余检测)方式模式:16位CRC方式或奇偶校验方式可选。5.1.2Modbus以太网通讯以太网通讯方式采用的是ModdbusTCP/IP协议,它是Modbus与以太网ICP/IP的结合,在TCP/IP协议中嵌入Modbus信息帧,成为ModbusTCP/IP协议。控制器支持MODBUS以太网通讯方式作为一个标准的从站界面,以太网在控制系统的不同部分之间建立了高速通讯,ModbusTCP/IP协议位于TCP/IP协议的顶层,允许第三方Modbus主站计算机用Modbus功能代码子集读写控制器中的信号,MARKVI控制器将对这种命令作出响应。其主要特点为:通讯类型:多站以太网CSMA/CD,使用ModbusTCP/IP协议,仅作为从站通讯速率:传输介质和距离:使用10Base2同轴电缆时,为185米;使用10Base2屏蔽双绞线时,为100米;使用10BaseFL光缆时,可达数千米。误码检验方式:32位CRC。5.1.3GSM以太网通讯在实际应用中,MARKVI往往需要将一些带有高分辩率就地时间标签的信号如报警信号(25Hz)、系统事件信号(25Hz)、SOE信号(1ms)传送至DCS。MARKVI采用TCP/IP协议的以太来传送这些带时间标签的数据,另外,CE公司同时提供了一个应用层的GSM协议。协议支持以下4类运用层的信息:管理信息:由MARKVI发送至DCS,反映通讯链路可用性;事件驱动信息:当报警发生/清除、系统事件发生/清除以及SOE开关量开/合时,MARKVI自动将这些信息传送给DCS,每个逻辑点带有单独的时间标签。定期的数据信息:MARKVI中的所有约5000点数据都可以由DCS定义为数据组,加上组时间标签后,以1S的周期发送至DCS。普通请求信息:由DCS发送至MARKVI,主要的控制命令和报警队列命令,其中,控制命令包括:启停命令、升降负荷命令和模拟量设定点命令;报警队列命令包括:静音和复位命令。另外,GSM以太网通讯还具备常规以太网通讯的其他一些主要特点。5.2时钟同步控制系统的时钟同步系统将UDH上的燃机、汽机、发电机控制及HMI的时间统一到GTS(GlobalTimeSource,全球时间源)时间源。首选的GTS为GPS(GlobalPositioningSatellite,全球卫星定位系统)时间。一台HMI的PC机装有一块时间/频率处理器卡(BC620AT或BC627AT卡)作为时间主站,从GTS获得高精度的时间,使用NTP(NetworkTimeProtocol,网络时间协议)协议将时间信息用于燃机、汽机、发电机控制,并通过广播方式或对NTP时间询问的方式向时间从站(包括未装时间/频率处理器卡的HMIPC机)提供时间信息。作为冗余配置,可在另一台HMIPC机上装设一块时间/频率处理器卡,用于备用。当GTS的时间主站不可用时,时间/频率处理器卡将切换至飞轮模式(FlywheelMode),不用中断电厂系统时间即可对GTS进行维修,此时,每小时的时间漂移量为±2ms;并且当原时间主站不可用时,所有的时间从站都会选取备用的时间主站,这样,UDH上的所有节点都锁定在同一个时间参考点上。可采用的时间源主要有:调制模式的IRIG-A,IRIG-B,2137,或NASA-36时间代码信号(调制比率):3:1~6:1,调制幅度:0.5~5V峰-峰值);直流电平偏移模式的IRIG-A,IRIG-B,2137,或NASA-36时间代码信号(TTL/C