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【摘 要】 随着燃机技术的发展，单机容量不断增大，控制技术不断进步，保护功能在燃机控制中的作用显得更重要。本文介绍了Mark VI 控制系统的网络架构，并对Mark Ⅵ控制系统故障进行了分析。

【关键词】 Mark VI 控制系统 故障分析

某发电有限公司的3台GE 9F级大型燃气轮机从2008年3月至今已运行4年，对于MARK VI控制系统积累了一定的运行维护经验。通过对MARK VI控制系统中典型硬件故障的分析及对软件优化案例的介绍，可为同类型机组运行提供参考。

1 MARK VI控制系统简介

1.1 MARK VI控制系统的网络架构

MARK VI控制系统是由美国通用电气公司（GE）生产的透平控制系统，专门用于大型燃气轮机和蒸汽轮机发电机组的自动控制，网络架构如图1所示，整个控制系统具有2层网络：厂级数据总线（PlantData Highway，PDH）负责机组之间的数据交换运行监控与操作和机组数据总线（Unit Data Highway，UDH）负责机组级的数据交换。

控制器通过UDH与HMI数据服务器连接，在PDH上挂接着操作员站、打印机、历史数据站等各种外部设备，通过路由器等相关设备还可与其他控制系统通讯，以组成一个更大更完整的系统。PDH和UDH均支持以太网传输数据。

1.2 硬件配置

Mark VI控制系统硬件上延续了Mark VI的结构，根据控制器的配置情况，控制柜中布置有R，S，T控制器机架，分别带有VCMI通讯控制卡，通过IONet与I/O柜相连，同时分别与X，Y，Z保护模块通讯，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；UCVX控制器位于VCMI通讯卡件右侧为控制系统核心卡件，负责运算处理数据，存储调用控制逻辑、算法，以及通过以太网接口与UDH相接；I/O控制卡采集并处理从端子板输入的各类模拟量、开关量信号，每一类I/O卡件都有其特殊的端子板；I/O端子柜中布置有端子板及电源分配模块，端子板通过预制电缆与控制柜中的I/O控制卡相连。

1.3 软件功能

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基于Microsoft Windows NT的操作系统，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。MARKVI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。实现功能包括：

（1）报警显示记录功能。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、SOE记录等。

（2）调节控制功能。启动控制、转速/负荷的设定和调节、燃机温度控制、进气导叶控制、燃料控制、排汽温度控制、轴封蒸汽系统控制、油系统控制等。

（3）顺序控制功能。燃机辅助系统顺控、启动运行和停机顺控、吹扫和点火顺控等。

（4）保护功能。超速保护、超温保护、振动保护、灭火保护、燃烧器监测保护、CO2火灾保护、润滑油压低保护、冷凝器真空低保护、汽轮机排汽温度高保护等。

2 硬件故障案例分析

2.1 端子板及卡件故障

对于模拟量端子板的故障通常比较好判断，通过TOOLBOX 软件打开组态软件后可以查看诊断报警，而且模拟量通道故障时采集到的数据是坏点的，维护人员比较容易判断出是外部信号的问题还是通道的问题，但是对于开关量端子板的故障判断相对就要困难一些。3号机组某次开缸检修期间，发现汽机再热冷却阀不能操作，该阀门为二位式的气动阀门，由电磁阀控制。在MARK VI 内发指令后通道无输出， 进一步检查发现通道对应的熔丝已经熔断，而测量现场回路电阻接近于0，判断为电缆或就地电磁阀线圈问题，经就地检查发现由于在长期的高温环境下电缆老化脱皮，线芯接触导通，更换电缆及熔丝后正常，开关量卡件通道故障多由于此种原因引起。又如某日3号机组停运时真空破坏门不能操作，该阀门为380VAC电源的开关型阀门，由汽机MARK VI控制。维护人员到现场检查，就地操作正常，通过组态软件查得该阀门的DO通道位置，由MARK VI内发指令DO触点未能动作，更换继电器仍就不能正常工作。此时考虑同一块板的其它通道是否正常，经试验也未能动作，说明整块板都有故障。紧固强电插头后，对控制器进行断电重启操作，试验通道正常，对阀门远操，开关也正常了。后经过进一步的检查，发现控制器机架及其卡件积灰比较严重，导致卡件不能正常工作，因此需加强定期清灰工作。

2.2 电源故障

可靠的电源是控制系统稳定工作的重要保障。控制系统的电源通常是由两路冗余提供， 一路是UPS（220VAC）经过变压整流产生110VDC，另一路为电气直流柜提供的110VDC，这两路电源进入电源分配模块PDM处理后送出多路不同等级的电压供控制机架、端子板和就地设备使用。某日1号燃机汽机MARK VI控制器R温度高报警。现场检查发现该控制器顶部风扇停止运行，机架的电源故障红灯常亮。

停机后，通过控制机架左下角的供电电压测试柱，测试各路电源的电压情况，并进行断通电试验，发现又有2路电源失去，说明该电源模块已经很不稳定，必须进行更换。对拆下的电源模块进行了检查，发现其中的多个DC-DC（直流转直流）模块已经损坏，可能存在输入电压受到干扰或电压不稳定等因素，降低了其使用寿命。

2.3 网络故障

某日机组运行期间，LCI画面（LCI为燃机的静态启动装置，2台LCI通过切换可供3台燃机启停操作）数据变黑无显示，MARK VI报警网络故障。

根据报警检查网络设备发现用于挂接操作员站的1只交换机指示灯无显示，测其电源正常，判断为交换机故障，机组停运后，用预先配置的交换机更换。经检查，拆下的交换机电源部分有元件烧损迹象。该交换机是在机柜的最底层，散热较差，虽然交换机是自带风扇的， 但积灰加上本身产生的热量较大，设备长期工作在较高温度下影响了其使用寿命，现已经更改了安装位置使其能有效散热，并做好定期清灰工作。

3 MarkⅥ系统诊断报警故障排除

Mark VI过程报警和诊断报警均显示于HMI的报警窗口里，对于诊断报警，维护人员一定要重视，及时处理，因为诊断报警往往是系统严重错误的开始。

Mark VI每块卡件均有三个LED指示灯：Run，Fail，Status；卡件正常工作时Run LED灯应该是绿色同步闪烁。机架重启时，Run 灯变红。VCMI和UCVE及I/O卡通讯成功后，转绿灯。如果红灯不灭或者绿灯闪烁与VCMI不同步，就说明卡件存在问题。需要做以下工作：

（1）下载I/O卡的Firmware：当卡件不能和VCMI同步时，需要下载固件，下载成功后，需要等待数分钟，直至I/O卡工作灯与VCMI同步闪烁；

（2）检查机架背板插口是否正常。可以交换2块卡件位置以确定故障点；

（3）以上处理无效则更换卡件；

（4）如果所有I/O卡均故障，建议检查UCVE和VCMI卡、IONET电缆及系统电源。遇到VCMI卡故障灯亮，首先应考虑R/S/T控制器以太网连接是否正常工作。

如果卡件Status指示灯亮则说明该卡存在实时诊断报警。

解决：Toolbox中右键单击I/O卡一Vmw Diag.nostic Alarms根据提示报警信息，查阅手册GEH一6421 vol 1/9，按手册逐步解决。

建议：运行中不能放过任一个诊断报警，在Re.set诊断报警前必须在Toolbox中查看确认，对于UCVE，VCMI，VPRO，VIUR的诊断报警应重点关注，不建议在CIMPLICTY HMI上直接诊断复位。

4 提高控制系统运行可靠性的建议

（1）要细化巡检工作的内容，如查看控制器、电源的指示灯，有条件的还应测量其温度并记录，通过软件检查各路电源的状态、各类诊断报警等。

（2）做好定期的清灰工作，清灰时做好必要的防护措施，如带好防静电手套、控制器断电。

（3）机组大小修期间做好控制器冗余切换试验工作，确保控制器稳定可靠运行，同时做好重要设备的电缆绝缘检查工作。

（4）定期做好软件备份。由于长时间运行，操作员站的硬盘损坏是比较常见的，因此做好系统的软件备份显得尤为重要， 组态文件在修改之前也需做好备份。

（5）防止病毒侵入，实行专人专管，严格控制外部设备（如U盘、移动硬盘等）接入控制系统。

参考文献：

[1]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年01期.

[2]李强.GE Mark Ⅵ控制系统与其他控制系统的通讯[J].《油气田地面工程》，2011年第05期.