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MARK VI控制系统
收录时间:2022-11-25 23:02:55  浏览:1
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***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***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***、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***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:***、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 、***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***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***,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***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***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6 00mm,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。 3/3 I/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(TMS32 0C32)。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 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***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:***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。 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。 5/1/1 Modbus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: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。 5/1/2 Modbus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***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***中的信号,MARK VI***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***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。 5/1/3 GSM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(25 Hz)、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BC 627AT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):3:16 :1,调制幅度:0/55V峰-峰值); (2)直流电平偏移模式的IRIG-A,IRIG-B,213 7,或NASA-36时间代码信号(TTL/CMOS兼容电压电平);(
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