1、浅谈 GE 燃气轮机 MARK VI 控制系统摘 要：目前，随着各电厂、炼油厂对经济性以及环境保护要求的不断提高，MARK VI 燃机控制系统在我国得到了更广泛的应用。本文中，笔者结合自身工作经验，对 MARK VI 控制系统进行了简单的介绍。 关键词：GE 燃气轮机 MARK VI 控制系统 GE 燃机控制系统（也成轮控盘）已经从 MARK I、MARK II、MARK III、MARK IV 发展到 MARK V，直至最新的 MARK VI：从分列固态元件、仪表、继电器、生光报警器发展到集成电路、冗余微处理机、微型计算机系统。通过轮控盘的不断改善，使整个燃机的寿命、可靠性、可利用率、应用适
2、应性和维护方便性方面都得到了改善和提高，从而提高了炼油厂的生产效率。 1 炼油厂选择燃气轮机的必要性分析 目前，燃气轮机联合循环电站设备在我国炼油厂的潜在需求量很大，主要表现在燃气轮机及联合循环由于热效率高，机动性好，能满足日益严格的环境保护要求，因而在炼油厂生产中的比重不断增大。 2 GE 燃气轮机控制系统发展过程 燃气轮机是从 20 世纪 40 年代后期开始应用于工业生产，早期的控制系统以液压和机械式调节为主。1968 年采用电子管技术的SPEEDTRONICMARK -I 诞生，经过 1973 年 MARK -II，1976 年 MARK -III，1982 年 MRK-IV，1991
3、年 MARK V，如今已经发展到了 MARK -VI。该系统经过多年不断改进，是目前世界上最先进最成熟的燃机控制系统之一。 燃气轮机控制系统最初是 1984 年生产的燃料调节器，用在 MS3001发电机组和列车机组上。MARK I 控制系统是 1966 年在美国首次使用。系统采用固态系列元件模拟式控制系统，继电器顺序控制和输出逻辑。 MARK II 在 1973 年开始使用。其改进主要是采用了固态逻辑系统，并对温度测量系统的补偿、剔除、计算等进行改进，在 70 年代后期生产出 MARK II+1TS，即增加了一套集成温度系统。对排气温度的控制能力得以加强，主要的是对损坏的排气热电偶能够实现自动
4、剔除。 MARK IV 的出现是在 1982 年，这是在原来 I 型 II 型基础上做了较大的改进。首先是采用冗余微处理机控制和电路大量地集成化。MARK IV 更新了操作和显示方式，简化了面板的布置，依靠 CRT 和辅助显示器及操作软件来控制。还一改手抄运行数据的方法由打印机按要求的时间和内容列出数据表。 1991 年投入使用的 MARK V 进一步完善了三重冗余的微机系统，采用彩色图形显示及标准键盘的人机接口，对容错系统由 MARK IV 的硬件方式改用 SIFT 的软件容错。提供了运行可靠性以及为在线维修提供了更多的方便，还改进了控制柜的保护系统，提高安全性。 随着计算机的迅速发展和通讯
5、网络技术的长足进步，1999 年 GE 公司在 MARK V 系统基础上开发出了 MARK VI，更换了上一代接口数据处理机，代之以人机接口 HMI，淘汰了以 IDOS 操作系统支持的接口技术而采用以WINDOWSNT 操作系统的多窗口系统界面。 该系统经过多年不断改进，是目前世界上最先进最成熟的燃机控制系统之一。 3 MARK VI 相对于 MARK V 的改进 由于 MARK VI 是在 MARK V 系统成功运行经验的基础上升级而成，设计者对以下部分做了进一步改进：微处理器、I/O 接口容量、信息网络，SIFT 软件、诊断功能、产品的标准化、运行人员可读信息量及可维护性等。 在系统接口上
6、，GEMARK VI 摒弃了原先的 DENET（数据交换网） ，而采用当今通用的以太网 TCP/IP 协议，MARK V 网络采用的是无冗余的网络并在一个柜内，而 MARK VI 则采用以太网协议来实现内部和外部的通讯。从 MARK VI 开始，GE 引入了一体化控制系统（ICS 系统）的概念。将电站中的燃气轮机控制、汽轮机控制、发电机励磁和保护控制、余热锅炉控制以及辅助系统控制等集成在一起，构成一个紧密的一体化结构。这些组成的功能与电站的其他辅助功能相互耦合，在控制上相互兼容。而且所有的控制都通过一个公共的人机界面（HMI）以图形化的方式显示给操作人员，从而为用户进行整体的控制提供了可能。此
7、外，由于以太网的使用，使系统远程诊断成为了可能。 硬件构成上，MARK VI 继续沿用 R/S/T 三模块冗余 TMR 控制技术。为了提高性能，MARK VI 控制模块的每块 I/O 卡都加了 TMS320C32DSP 处理器，这样 I/O 卡的运算能力将更强。另外，上一代 MARK V 控制系统的数据流是 16 位的整型数据，而 MARK VI 则是 32 位的浮点型数据。作为MARK VI 控制系统心脏的控制模块选用 VME 型底板，它最多可以扩展到21 槽，如果柜内再增加机架则可以继续扩展：MARK VI 和 MARK V 不同，它取消了通讯数据处理机，而在控制模块分别都有专门的通讯卡件
8、VCMI。由通讯卡件完全数据交换网络的通讯交换和数据表决。并把数据传送到主处理卡 UCVX。 MARK VI 控制系统新增了扩展的内嵌式诊断模块，包括通电自诊断功能、后台诊断、手段设置诊断程序。这些诊断功能能够识别控制盘、传感器、执行机构故障。诊断范围对控制盘而言可以到线路板级，对传感器和执行机构而言可以到电路级。当故障报警存在时，MARK VI 能够迅速图形化显示报警位置和需要采取的措施，便于及时维护，这都是较 MARK V 改进的地方。为了更加清晰区分传感器故障和 I/O 卡件故障，诊断功能分为系统（软件）限值检查，如限值范围大于正常的控制量程，但是位于硬件的线性工作区内，系统将在人机界面
9、上产生相关的诊断报警。 现场中断的设计方面，MARK VI 实现了传感器信号直接连接到 TM 端子板，无需中间设备转换。在以往的控制系统中，比如振动等特殊信号必须经过专门的信号转换器转换后才能接入，且经过转换后信号的准确性比较差，也有一定的信号衰减。MARK VI 系统是针对燃机机组专门设计的控制系统，充分考虑了燃机机组各类控制设备的特殊性，比如 GE 公司对燃机的振动检测采用 BENTELY 公司的 3500 系列，其检测设备的输出信号能直接与 GE 燃机控制系统的 I/O 卡件连接，真正解决了不能直接与特殊控制设备信号连接的问题。 值得注意的是，电气控制系统如今已作为 MARK VI 的组
10、成部分，直接参与控制，GE 公司从一开始设计燃机控制系统，就试图将发电机控制、励磁控制等电气系统作为机组控制的一部分，如今 GE 公司 EX2100 励磁控制系统和静态启动机 LCI 控制系统均已成为 MARK VI 系统的主要功能模块。 参考文献 1戴云飞，周珏.新一代燃气轮机控制系统-MARK 介绍J.燃气轮机技术.2004，17（4）. 2杨惠新.燃气轮机控制系统 MARK VI 介绍J.华东电力.2004，32（8）. 3陈钢.刘帮加张力 MARK 燃气轮机控制系统及其应用J.电站系统工程.2005，21（5）. 4刘尚明，韦思亮，倪维斗.从 MARK 到 MARK 至后 MARK -兼谈燃气轮机的控制技术发展J.燃气轮机技术.2001，14（1）
