GE,MARK,VI,系统的探讨与研究

摘 要：目前，国内的蒸汽燃气混合动力发电技术日益成熟。本文针对大型燃气轮机的控制技术的实现进行分析研究——GE公司的9F系列的单轴联合循环机组的控制系统— MARK VI进行分析。详细介绍了其配置，三冗余结构，数据输入输出及与DCS系统的网络连接等。以供日后相关系统的学习参考。

关键词：燃气轮机；MARK VI控制系统；三冗余结构；DCS系统

中图分类号 ：TK2 文献标识码 ：A

1 前言

公司投建的150MW蒸汽燃气循环混合动力发电机组，其中燃气轮机部分采用GE公司的9F系列的单轴联合循环机组的控制系统— MARK VI。该系统具有高可靠性及安全性的燃气轮机自动控制，保护及程序控制能力。

依照MARK VI控制系统的性能及特点，针对不同型号及工况完成不同的硬件配置，设计采用三重冗余的硬件配置方式。其应用软件TOOLBOX组态软件和监控组态软件CIMPLICITY。利用上述软件实现对控制系统地控制保护和组态开发，最终实现对燃气轮机的监控保护和可以完成数据采集的人机界面。

MARK VI系统的网络通讯是非常灵活的，根据不同的需要进行不同的网络拓扑和通讯协议。此处采用总线形式实现MARK VI燃气轮机控制系统与电厂联合循环DCS系统的通讯。实际运行效果证实了基于MARK VI系统的所有方案合理，运行可靠，其投产进一步提高了发电效率和安全稳定性。

2 MARK VI控制系统的简介

MARK VI控制系统对燃气轮机的控制的实现，同样是采用完成模拟量的算术运算和逻辑量的逻辑运算；由CPU、存储器和输入＼输出接口设备组成的微控制系统，如图1所示。

MARK VI控制系统采用分布式控制技术，有硬件和软件两部分组成。其中硬件部分包括控制器、I/O包、通讯网络及相应设备等。软件主要用于编程、I/O配置、趋势分析及诊断分析的组态软件TOOLBOX、浏览实时燃机数据及报警的图形显示软件CIMPLICITY。

燃机MARK VI控制系统主要功能是在燃机启动运行过程中实现对燃机的控制与保护，以确保燃机正常工作。控制系统使燃机盘车，利用LCI变频器把单轴轮机带动到清吹，点火，把轮机转速提升到额定工作转速，同时控制同期并网，再把燃机加载负荷到适当的工作点。其控制系统分为四个功能子系统：自动系统、保护系统、顺序控制系统、电源系统。

3 MARK VI系统的硬件配置

MARK VI控制系统的硬件由高速、最新的CPU处理器和一些专用的集成电路或卡件完成输入输出接口和存储器的功能。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。

控制站由控制柜和I/O柜的组成。控制柜中布置有、、三臺控制器，通过三个IONet与I/O柜相连，完成控制、保护和监视的功能；

保护处理器和输入模块及各自的独立电源，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。

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。

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）。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， I/O卡件通过37针的 D型连接器与端子板相连。

4 MARK VI系统的软件配置

其软件编程语言是一种伪继电器语言，其执行逻辑运算的程序主要用于机组启停的顺序控制，其新号为逻辑信号。

MARK VI控制系统由两套工具组成：TOOLBOX和CIMPLICITY：

TOOLBOX是MARK VI人机接口工具软件，完成MARK VI程序的组态、修改、程序下装、实施过程和逻辑数据查询、逻辑强制、趋势、历史数据采集、跳闸报告等，所有对MARK VI内部的操作都是通过TOOLBOX实现，是MARK VI控制系统中最重要、最强大的工具。

CIMPLICITY是MARK VI控制系统中提供给操作员的图形客户端。主要功能是读取MARK VI的数据（过程数据、报警、事件）供操作员监视并接受操作员的指令，将指令传递给MARK VI。

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。主要控制有：启动控制、转速控制、负荷控制、排气温度控制、进口导叶（IGV）控制、燃料控制等。主要保护有：超度保护、跳机保护、灭火保护、转子振动保护、压气机传喘振保护、润滑油温度保护等。

5 MARK VI与DCS通讯

此处采用横河DCS3000系统与MARK VI进行通讯。将MARK VI采集的燃机高煤流量，焦煤流量等数据通过OPC通讯协议传输，如图2所示。

OPC（OLE for Process Control），是基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，在OPC技术中使用的是OLE技术，OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。

OPC服务器通常支持两种类型的访问接口，它们分别为不同的编程语言环境提供访问机制。这两种接口是：自动化接口（Automation interface）：自定义接口（Custom interface）。自动化接口通常是为基于脚本编程语言而定义的标准接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等编程语言开发OPC服务器的客户应用。而自定义接口是专门为C++等高级编程语言而制定的标准接口。OPC现已成为工业界系统互联的缺省方案，为工业监控编程带来了便利，是工控领域的发展方向。采用OPC标准，利用DCOM技术，创建一个开放的，可互操作的控制。DCOM设置如图3所示。

在DCS系统中建立站，在此站中的CS3000中打开系统生成的EXCEL文件，如图4所示。

在EXCEL文件中可以建立通讯地址（此地址填写外围OPC站的本地网卡地址）和设置变量。

结语

此系统自2013年6月投产以来，运行良好。发电峰值约可达160MW，均值约140MW 。设备运行稳定，故障率较低，达到了预期效果。

参考文献

[1]阎保康.国内外燃气轮机发电技术的进展与前景[J].浙江电力，2000 （03）：3-5.

[2]杨松鹤.GE公司重型燃气轮机系列发展分析[J].燃气轮机技术，2000 （02）：1-4.

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