一、概述
MARK VI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MARK V控制系统的基础上发展而成的。MARK VI控制系统秉承了原MARK V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(Triple Modular Redundant)结构，软件容错功能SIFT(Softwa re Implemented Fault Tolerant)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
MARK VI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(Plant Data Highway)
PDH是一个对外界(如：DCS)开放的网络系统，它将HMI(Hunan Machine Interface)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MARK VI的控制器直接连接，只能通过UDH与其
通讯。PDH采用TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol，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(Carrier Sence Multiple Access/JCollision Detection)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(Cyclic Rendundancy Check，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(Unit Data Highway)
UDH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(User Datagram Protocol/Internet Prot ocol，用户数据报协议/国际协议)协议标准为基础的EGD(Ethernet Global Data，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(Global Position System，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MARK VI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。I/ONET是一个采用ADL(Asynchronous Device Language，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
MARK VI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
MARK VI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。MARK VI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。I/O 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MARK VI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
MARK VI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。
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四、软件功能
4.1操作系统飞行棋棋盘
MARK VI控制系统的所有操作员站、通讯服务器及工程师站都使用Microsoft Windows NT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。MARK VI的I/O系统，由于其TMR的特殊要求，采用一种专用的系统。MARK VI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
MARK VI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MARK VI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；·H2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；·CO2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。 手动甘蔗榨汁机
五、与外部的通讯
5.1与DCS的通讯
MARK VI与DCS的通讯如图一所示，主要有以下三种不同的方式：Modbus串行通讯；Modbus以太网通讯；GSM以太网通讯。
5.1.1Modbus串行通讯
Modbus串行通讯是MARK VI通过其HMI SERVER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。MARK VI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：
浆浆在线主从式，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：ASCII(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。RTU(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：ASCII码模式：LRC(纵向冗余检测)方式RTU模式：16位CRC方式或奇偶校验方式可选。
5.1.2Modbus以太网通讯
Modbus以太网通讯方式采用的是Moddbus TCP/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Modbus TCP/IP协议。MARK VI 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，Modbus TCP/IP协议位于TCP/IP协议的顶层，允许第三方M odbus 主站计算机用Modbus功能代码子集读写控制器中的信号，MARK VI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Modbus TCP/IP协议，仅作为从站通讯速率：10Mb/s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。
剖沟机
5.1.3GSM以太网通讯
在实际应用中，MARK VI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。MARK VI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。TCP/IP GSM协议支持以下4类运用层的信息：管理信息：由MARK VI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，MARK VI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：MARK VI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MARK VI，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
MARK VI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G TS(Global Time Source，全球时间源)时间源。首选的GTS为GPS(Global Positioning Sate llite，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 (Network Time Protocol，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HMI PC 机)提供时间信息。作为冗余配置，可在另一台HMI PC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(Flywheel Mode)，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。MARK VI可采用的时间源主要有：(1)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)；(2)直流电平偏移模式的IRIG-A，IRIG-B，2137，或NASA-36时间代码信号(TTL/CMOS兼容电压电平)；(3)1PPS(One Puls Per Second)脉冲信号(TTL/CMOS兼容电压电平，准时沿：上升沿)；(4)无信号时的飞轮模式(是电厂的基础时间源)。
六、结束语
2003年2月，在国家计委的统一部署下，经过打捆招投标，我国华东地区的几个"西气东输"工程配套燃机电站项目，如：半山、张家港、望亭、戚墅堰等，与美国CE公司及其中国技术合作方-哈尔滨电气集团签订了合同，采用CE公司的9FA单轴燃气轮机(包括蒸汽轮机)，其燃气轮机、蒸汽轮机、发电机等将采用CE公司提供的MARK VI控制系统控制，该控制系统的性能和特点将在这几个项目中得到检验
和体现。
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