MARK VI控制系统简介发表时间 : 2004-10-9 摘要：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 (Software 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 Redundancy 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 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 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 I/O 柜的组成 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 6 00mm ，防护等级为 NEMA1 ，运动环境温度： 0℃- 50℃， 湿度： 5%-95% 不结露。
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/ 负荷的设定和调节；H2顺控；(人工启动·点火启动·紧急跳闸·时间测量表·点火时间·DCS 接口) 冗余) ； ( 包括发电机 ) ；CO2 火灾保护；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19200波特或 9600波特 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 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CSMA/CD，使用 Modbus TCP/IP 协议，仅作为从站 10Mb/s 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 32位 CRC 5.1.3 GSM 以太网通讯 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： MARK VI发送至 DCS ，反映通讯链路可用性； 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。
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 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 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。