1 控制系統(tǒng)簡介

　　SPEEDTRONIC Mark Ⅵe燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)是GE公司研制的最新先進(jìn)的控制系統(tǒng)，它保留了GE經(jīng)過幾十年驗(yàn)證的成功的透平控制、保護(hù)和序控設(shè)計(jì)思想，同時(shí)在如下幾個(gè)方面作了一些改進(jìn)，諸如：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、硬件設(shè)備的功能及可靠性、HMI、系統(tǒng)的開放性和壽命周期、設(shè)備故障診斷技術(shù)等。

　　2 Mark Ⅵe系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Mark Ⅵe控制系統(tǒng)設(shè)置有三級數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)：PDH網(wǎng)、UDH網(wǎng)和IONET網(wǎng)。PDH網(wǎng)(Plant Data Highway)是系統(tǒng)用來與電廠離散控制系統(tǒng)(DCS)或者第三方設(shè)備(如不是GE供貨的PLC等)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的途徑。支持其與DCS通訊的協(xié)議有Ethernet TCP-IP GSM,Ethernet TCP-IP Modbus slave 和RS232、485 Modbus RTU。其中Ethernet TCP-IP GSM協(xié)議可傳輸就地高分辨率報(bào)警、SOE時(shí)間標(biāo)記、事件驅(qū)動(dòng)消息、周期數(shù)據(jù)包等。

　　UDH(Unit Data Highway)是基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)，它提供燃機(jī)控制器、汽機(jī)控制器、余熱鍋爐控制器、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器、靜態(tài)啟動(dòng)器、PLC之間高速的端與端對等通訊。該網(wǎng)絡(luò)使用的是基于消息的協(xié)議—EGD(Ethernet Global Data),它支持基于UDP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信息共享(廣播或點(diǎn)播的方式)。盡管UDH支持不同控制器之間控制參數(shù)通訊，但是每個(gè)控制回路都在各自的控制器內(nèi)完成。另外為了確?？煽啃?，控制器之間以及來自DCS的所有跳閘指令都通過硬件線連接。

　　UDH與PDH之間是基于CIMPLICITY圖形界面和Windows NT操作系統(tǒng)的服務(wù)器，這些服務(wù)器作為就地/遠(yuǎn)程的操作員站或工程師站，用于人機(jī)通訊以及控制維護(hù)。

　　IONET是以Ethernet TM為基礎(chǔ)的用于Mark Ⅵe控制器內(nèi)三個(gè)控制處理器、三個(gè)保護(hù)模塊以及擴(kuò)展塊間通訊的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)也是三冗余的。IONET使用的是ADL(asynchronous drives language)對控制器數(shù)據(jù)進(jìn)行表決。

　　3硬件配置

　　為了提高性能，Mark Ⅵe控制模塊的每塊I/O卡都加了TMS320C32 DSP處理器，這樣I/O卡的運(yùn)算能力將更強(qiáng)。另外，Mark V上的數(shù)據(jù)是16位的整型數(shù)據(jù)，而Mark Ⅵe上的數(shù)據(jù)是32位的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。

　　作為Mark Ⅵe控制系統(tǒng)心臟的控制模塊選用VME(VERSA Module Eurocard)型底板，它最多可以擴(kuò)展到21槽，如果柜內(nèi)再增加機(jī)架則可以繼續(xù)擴(kuò)展;它支持卡件的升級使之具有更強(qiáng)的計(jì)算能力和I/O容量，這樣產(chǎn)品的壽命更長而不必設(shè)計(jì)新的產(chǎn)品。

　　Mark Ⅵe和Mark Ⅴ一樣都采用三冗余控制器結(jié)構(gòu)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行表決，但是由于控制平臺的差別表決的方法略有不同，Mark Ⅴ是在同一塊控制器上進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和應(yīng)用軟件的運(yùn)行，而Mark Ⅵe控制在第一槽上有一個(gè)VCMI通訊卡，它負(fù)責(zé)與VME底板上的I/O卡件進(jìn)行通訊，并與其它控制模塊的VCMI卡交換數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行表決;表決得到的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)轿挥诘诙鄣闹骺刂破魃稀Ｓ捎赩CMI卡承擔(dān)了處理器原來需要承擔(dān)的通訊功能，處理器可以只負(fù)責(zé)應(yīng)用軟件的運(yùn)行，所以Mark Ⅵe的I/O容量增加了至少三倍，對大系統(tǒng)而言運(yùn)行速度也由62ms提高到了40ms。另外，每次可以加一個(gè)擴(kuò)展架并最多可以置于185米以外。由于擴(kuò)展架可以置于不同的地方，所以采用三冗余的IONET，而Mark Ⅴ網(wǎng)絡(luò)采用的是無冗余的網(wǎng)絡(luò)并在一個(gè)柜內(nèi)。為了符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Mark Ⅵe放棄了Mark Ⅴ采用的性能優(yōu)越Arcnet網(wǎng)絡(luò)，而采用Ethernet來實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部和外部的通訊。

　　Mark Ⅵe控制系統(tǒng)有擴(kuò)展的內(nèi)嵌式診斷模塊，包括通電自診斷功能、后臺診斷、手動(dòng)設(shè)置診斷程序。這些診斷功能能夠識別控制盤、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障。診斷范圍對控制盤而言可以到線路板級，對傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言可以到電路級。當(dāng)故障報(bào)警存在時(shí)，Mark Ⅵe能夠迅速圖形化顯示報(bào)警位置和需要采取的措施，便于及時(shí)維護(hù)，這是較Mark Ⅴ改進(jìn)的地方。為了更加清晰區(qū)分傳感器故障和I/O卡件故障，診斷功能分為系統(tǒng)(軟件)限值檢查和高/低(硬件)限值檢查，限值范圍大于正常的控制量程，但是位于硬件的線性工作區(qū)內(nèi)。

　　現(xiàn)場終端的設(shè)計(jì)方面，Mark Ⅴ及之前控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是把盡可能多的功能放到小的機(jī)盒內(nèi)。但是，隨著現(xiàn)代聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制功能的復(fù)雜性和相應(yīng)I/O點(diǎn)數(shù)量的增加要求大空間的機(jī)盒來布置終端。所以Mark Ⅵe采用大的板式終端模塊(Mark Ⅴ采用的是嵌入式小盒型終端模塊)，每個(gè)終端盤上安裝了兩個(gè)可插拔式終端模塊，其安裝的位置離相應(yīng)的I/O卡件長達(dá)15米。

　　4軟件的配置

　　Mark Ⅵe與Mark Ⅴ一樣，采用三重冗余的結(jié)構(gòu)(TMR)，它有著30多年成功的燃機(jī)控制經(jīng)驗(yàn)。燃機(jī)關(guān)鍵的控制、保護(hù)、監(jiān)視有三套冗余的控制模塊〈R〉、〈S〉、〈T〉控制器來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)控制器有其獨(dú)立的電源、處理器、通訊、I/O。一些關(guān)鍵 的保護(hù)，如超速保護(hù)、同期保護(hù)、熄火保護(hù)功能由獨(dú)立的三冗余保護(hù)模塊〈P〉來實(shí)現(xiàn)。用于控制回路和遮斷保護(hù)的關(guān)鍵傳感器信號都是三重冗余的。其它傳感器則是雙備或者單個(gè)的。

　　Mark Ⅵe采用改進(jìn)的SIFT(軟件執(zhí)行容錯(cuò))技術(shù)。SIFT以投票方式在〈R〉、〈S〉、〈T〉控制處理器的VCMI卡間交換信息。以〈R〉控制器為例，它通過VCMI卡將數(shù)據(jù)送到〈S〉、〈T〉的VCMI卡上，同時(shí)也從其它兩個(gè)控制器的VCMI卡上獲取數(shù)據(jù)。VCMI卡對各模擬量或開關(guān)量數(shù)據(jù)進(jìn)行取中或表決，得到的結(jié)果可用于后續(xù)的控制計(jì)算。〈S〉、〈T〉亦然。當(dāng)一個(gè)傳感器失靈，診斷系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警，與之相連的控制器將收到一個(gè)壞信號，各控制器在表決時(shí)將自動(dòng)剔除該壞信號。因此，當(dāng)不在同一個(gè)控制回路內(nèi)的多個(gè)模擬量或開關(guān)量出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行而不會作出跳閘決定。對于一些更為關(guān)鍵的信號如燃料指令等，則需要專門的硬件(如伺服閥等)來現(xiàn)實(shí)表決功能。

　　5控制功能

　　Mark Ⅵe控制系統(tǒng)的控制算法是對 Mark Ⅴ的補(bǔ)充和完善，它包括自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)。其中自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括如下調(diào)節(jié)回路：起動(dòng)控制、加速控制、速度控制、負(fù)荷控制、排氣溫度控制、進(jìn)口導(dǎo)葉控制、燃料控制、排放控制等。

　　主要的保護(hù)功能在〈R〉、〈S〉、〈T〉控制模塊中實(shí)現(xiàn)。后備保護(hù)如危急超速和同期檢查保護(hù)在保護(hù)模塊〈P〉中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，控制系統(tǒng)將把燃料閥關(guān)至零位置，液壓跳閘電磁閥失電，燃料閥、主汽閥、抽氣逆止閥迅速關(guān)閉。電磁閥由125V直流蓄電池供電。由于保護(hù)對于透平非常重要，所以關(guān)鍵的跳閘電磁閥都有6個(gè)繼電器，以典型的轉(zhuǎn)速保護(hù)為例，一邊是來自控制模塊的3個(gè)繼電器進(jìn)行跳閘表決，而另一邊3個(gè)繼電器則來自后備保護(hù)模塊，這樣控制模塊和保護(hù)模塊都可以跳機(jī)以確保設(shè)備安全。其中后備保護(hù)模塊中的緊急超速保護(hù)代替了傳統(tǒng)的機(jī)械超速保護(hù)機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)速信號大于3360rpm時(shí)，系統(tǒng)輸出后備跳機(jī)指令。

　　6操作接口

　　Mark Ⅵe的人機(jī)界面(HMI)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)開放，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它是裝有GE CIMPLICITY、MicrosoftWindows NT操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)工具箱(ControlSystem Toolbox)等軟件的PC機(jī)，可作為主操作員界面，機(jī)組DCS操作員界面的備用界面或用于維護(hù)的工程師站。HMI通過UDH網(wǎng)絡(luò)與控制器通訊。它是作為Mark Ⅵe的一部分而設(shè)計(jì)的，但也可以應(yīng)用于較低版本的控制系統(tǒng)，如Mark Ⅵe、Mark Ⅴ等。HMI讓操作員可以使用友好的用戶界面來監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)并可以便捷修改設(shè)定值、負(fù)荷、閥門開度等參數(shù)。重要參數(shù)在每幅畫面上都有顯示，這樣操作員在切換畫面時(shí)可隨時(shí)監(jiān)視這些參數(shù)。顯示畫面右側(cè)部分有一個(gè)菜單，分為總覽、單元機(jī)組選擇、控制、監(jiān)視、輔機(jī)、測試等。

　　控制系統(tǒng)工具箱(Control System Toolbox)是對Mark Ⅵe、EX2100和靜態(tài)起動(dòng)器等進(jìn)行維護(hù)的通用軟件工具包。和Mark Ⅴ比較其有如下主要改進(jìn)：

　　·基于Windows界面操作系統(tǒng)

　　·具有放大、縮小(Zoom-in,Zoom-out)功能

　　·提供數(shù)學(xué)計(jì)算模塊和宏功能，編程更方便

　　·支持對模擬量和開關(guān)量的強(qiáng)制

　　·可在線對Mark Ⅵe系統(tǒng)下裝修改后的組態(tài)文件，不必重新初始化控制器

　　·支持在屏幕上對數(shù)據(jù)進(jìn)行投放操作

　　·支持32位浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)

　　Mark Ⅵe采用PI作為歷史站(Historian)并做了一些改進(jìn)使功能更強(qiáng)大;歷史站直接從UDH網(wǎng)絡(luò)讀取實(shí)時(shí)模擬量、開關(guān)量和高速SOE數(shù)據(jù)(采樣間隔為千分之一秒)，其最大容量是20000點(diǎn)。歷史站具有如下功能：報(bào)警、事件報(bào)告、歷史二維曲線圖、事件掃描、數(shù)據(jù)趨勢圖等。