يعد IS220PPROH1A مكونًا مهمًا ضمن نظام التحكم Mark VIe الخاص بشركة GE، ويمثل نموذجًا محددًا لحزمة الإدخال / الإخراج للحماية التوربينية الاحتياطية (PPRO). تم تصميم هذه الوحدة لتوفير وظائف حماية زائدة عن الحاجة مستقلة عن نظام التحكم الرئيسي، مما يضمن التنفيذ الموثوق للعمليات الحيوية للسلامة مثل حماية السرعة الزائدة للتوربينات وفحوصات مزامنة المولد في حالة فشل التحكم الأساسي. يشتمل PPROH1A على لوحة معالج BPPB، مما يوفر موثوقية عالية وأداءً في الوقت الفعلي مناسبًا لمختلف أنواع التوربينات، بما في ذلك توربينات الغاز والتوربينات البخارية. يتوافق تصميمه مع معايير التحكم الصناعية ويضمن التشغيل المستقر في البيئات القاسية، مع نطاق درجة حرارة التشغيل من -30 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية.
يتم نشر IS220PPROH1A عادةً في تكوين ثلاثي الوحدات المتكررة (TMR)، ويعمل جنبًا إلى جنب مع اللوحات الطرفية SPRO أو TPROH#C أو TREA. وهو يتصل بلوحات الرحلات في حالات الطوارئ (على سبيل المثال، TREG، وTREL، وTRES) عبر الكابلات المزودة بموصلات DC-37 pin. تدعم الوحدة أيضًا اتصال Ethernet (IONet) لمراقبة الحالة وتبادل البيانات مع وحدة التحكم الرئيسية. باعتباره جوهر نظام الحماية الاحتياطية، يمتلك PPROH1A قدرات الكشف عن السرعة الزائدة القائمة على الأجهزة والبرامج الثابتة ويدمج العديد من وظائف التشخيص والمراقبة. ويضمن ذلك قدرة النظام على الاستجابة بسرعة لأي خلل، مما يمنع تلف المعدات أو وقوع حوادث تتعلق بالسلامة.
الوصف الوظيفي التفصيلي
يوفر IS220PPROH1A العديد من وظائف الحماية الرئيسية التي تغطي مراقبة السرعة والحكم المنطقي والتحكم في التتابع والتفاعل مع نظام التحكم الرئيسي. وظائفها الرئيسية مفصلة أدناه:
1. حماية السرعة الزائدة
تعد الحماية من السرعة الزائدة إحدى الوظائف الأساسية لجهاز IS220PPROH1A. تستقبل الوحدة ثلاث إشارات سرعة من الالتقاطات المغناطيسية (MPUs)، المقابلة لأعمدة الضغط العالي (HP)، والضغط المتوسط (IP)، والضغط المنخفض (LP). يتم تنفيذ الكشف عن السرعة الزائدة في كل من الأجهزة والبرامج الثابتة. تعتمد حماية السرعة الزائدة للأجهزة بالكامل على دوائر منطقية قابلة للبرمجة، مستقلة عن البرامج، مع زمن استجابة أقل من 60 مللي ثانية. يتم تحميل نقطة الضبط الخاصة بها (OSHW_Setpoint) فقط أثناء تشغيل الوحدة، مما يضمن التشغيل الفعال حتى في حالة فشل البرنامج الثابت. تتطلب رحلة السرعة الزائدة للأجهزة دورتين متتاليتين للعمود لتجاوز نقطة الضبط، مما يمنع الرحلات الخاطئة.
تعتمد حماية السرعة الزائدة للبرامج الثابتة على حسابات المعالج وتدعم ضبط نقطة الضبط الديناميكية. يمكن للمستخدمين تعيين حد السرعة الزائدة عبر معلمات التكوين، ويتم دعم أوضاع الاختبار عبر الإنترنت وغير متصل. بالإضافة إلى ذلك، في حين أن تكوين PPROH1A قد يتضمن معلمات لميزة 'السرعة الزائدة المستندة إلى المعدل' (RBOS)، فمن المهم ملاحظة أن وظيفة RBOS غير مدعومة على جهاز PPROH1A نفسه؛ هذه الميزة متاحة فقط في الطراز PPROS1B. إذا تم تمكين RBOS في تكوين PPROH1A، فسيقوم النظام بإنشاء خطأ ويمنع الوحدة من الاتصال بالإنترنت.
2. كشف التسارع والتباطؤ
تقوم الوحدة بحساب معدل تغير السرعة (التسارع/التباطؤ) لكل عمود في الوقت الفعلي. يتم تشغيل الرحلة إذا تجاوزت هذه القيم الحدود التي تم تكوينها. يعتمد حساب التسارع على الفرق بين عينتين متتاليتين للسرعة خلال نافذة زمنية قابلة للتكوين (10-100 مللي ثانية). يستخدم اكتشاف التباطؤ حدًا ثابتًا قدره 100%/ثانية. تلتقط هذه الوظيفة ديناميكيات التوربينات غير الطبيعية، مثل فقدان الحمل المفاجئ أو النوبات الميكانيكية.
3. كشف قفل عمود LP
بالنسبة للتوربينات متعددة الأعمدة، يوفر IS220PPROH1A اكتشاف قفل عمود LP. إذا كانت سرعة عمود HP أعلى من الحد الأدنى للسرعة بينما تظل سرعة عمود LP صفرًا، تحدد الوحدة هذا على أنه شذوذ في قفل عمود LP وتولد إشارة رحلة. تمنع هذه الوظيفة تلف المعدات الناتج عن محاذاة العمود بشكل غير صحيح.
4. مراقبة التوقف في حالات الطوارئ (E-Stop).
يقوم IS220PPROH1A بمراقبة إشارة E-Stop من اللوحة الطرفية TREG أو TREA. بمجرد تنشيط E-Stop، تقوم الوحدة على الفور برحلات متقاطعة مع نظام التحكم الرئيسي وتمنع مرحلات الرحلة من التنشيط. يتم الإبلاغ عن حالة التوقف الإلكتروني في الوقت الفعلي عبر إشارات ردود الفعل (KESTOP#_Fdbk)، مما يضمن بقاء النظام في حالة آمنة.
5. كشف فرق السرعة
تقوم الوحدة بمقارنة معدل النبض المحسوب (RPM) الخاص بها مع إشارة السرعة (Speed1) التي يوفرها نظام التحكم الرئيسي. إذا تجاوز الفرق حدًا محددًا (استنادًا إلى نسبة مئوية من السرعة المقدرة) لمدة ثلاث فترات عينة متتالية، فسيتم تشغيل رحلة فرق السرعة. تكتشف هذه الوظيفة فشل إشارة سرعة التحكم الرئيسية أو حالات شاذة في الاتصال.
6. هيئة الرقابة الرئيسية ومراقبة الاتصالات
يستقبل IS220PPROH1A إشارة 'نبضات قلب الجهاز' من وحدة التحكم الرئيسية عبر IONet. إذا لم يتم الكشف عن تحديث نبضات القلب لخمسة إطارات بيانات متتالية، فسيتم تحديد فقدان اتصال التحكم الرئيسي، مما يؤدي إلى بدء رحلة المراقبة. وفي الوقت نفسه، تراقب الوحدة حالة مزامنة إطار Ethernet. ستؤدي الأخطاء المتسقة في رقم الإطار أيضًا إلى اتخاذ إجراء وقائي.
7. وظيفة التحقق من المزامنة (K25A)
يدعم IS220PPROH1A فحص المزامنة بين المولد وحافلة المرافق. تقوم الوحدة بحساب الجهد والتردد وزاوية الطور والانزلاق بناءً على مدخلين PT (جانب المولد وجانب الناقل). عندما تكون جميع المعلمات ضمن النوافذ المحددة (على سبيل المثال، فرق التردد ≥ 0.27 هرتز، فرق الطور ≥ 10°) وتكون إشارة تصريح المزامنة (SynCk_Perm) نشطة، فإنها تعمل على تنشيط مرحل K25A، مما يسمح لقاطع الدائرة بالإغلاق. تتضمن هذه الوظيفة أيضًا منطق تجاوز إغلاق الحافلة الميتة.
8. التحكم في تتابع الانتحار المؤازر (K4CL)
في أنظمة التحكم البسيطة، يمكن لـ IS220PPROH1A تشغيل مرحل K4CL لإجبار صمامات الوقود أو صمامات البخار على الإغلاق. عادةً ما يتم تعطيل هذه الوظيفة أثناء اختبارات السرعة الزائدة عبر الإنترنت لمنع التنشيط غير المقصود.
9. رحلة واقتصاد مخرجات التتابع
توفر الوحدة ثلاثة أوامر لقيادة مرحل رحلة الطوارئ (ETR1–ETR3) وتدعم التحكم في ثلاثة مرحلات اقتصادية (KE1–KE3). يتم استخدام المرحلات الموفرة لإدخال مقاومة متسلسلة في مسار ملف الملف اللولبي للرحلة بعد الالتقاط، مما يقلل من تيار الإمساك ويطيل عمر الجهاز.
10. التشخيص الذاتي وبيان الحالة
يتميز IS220PPROH1A بالتشخيص الذاتي الشامل، بما في ذلك:
الاختبار الذاتي للطاقة: يتحقق من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة الفلاش ومنافذ Ethernet والأجهزة الأخرى.
مراقبة مصدر الطاقة: يراقب باستمرار حالة مصدر الطاقة الداخلي.
فحص التغذية المرتدة الحالية: التحقق من الاتساق في دوائر محرك الترحيل.
فحص مطابقة الأجهزة: يضمن التوافق بين اللوحة الطرفية ولوحة الاقتناء ولوحة المعالج.
تحتوي اللوحة الأمامية على ستة مؤشرات LED تعرض حالة التشغيل، والتوقف الإلكتروني، والسرعة الزائدة، والمراقبة، والمزامنة، وحالة الخيار. يمكن أيضًا تكوين وضع LED الدوار، مما يوفر إشارة مرئية لحالة مزامنة وقت النظام عبر مجموعة TMR.
وأوضح مبدأ العمل
يعتمد منطق الحماية الخاص بـ IS220PPROH1A على التعاون بين دوائر الأجهزة والمنطق القابل للبرمجة والبرامج الثابتة. يتم شرح مبدأ عمله من ثلاثة جوانب: بنية النظام، وتدفق الإشارة، والمعالجة المنطقية.
1. بنية النظام وتدفق الإشارة
يتم توصيل وحدة IS220PPROH1A مباشرة باللوحة الطرفية SPRO، أو TPROH#C، أو TREA، لتبادل البيانات عبر موصل DC-62 pin. يتم تكييف إشارات السرعة الصادرة عن مستشعرات MPU بواسطة اللوحة الطرفية قبل الدخول إلى قنوات إدخال معدل النبض الخاصة بالوحدة. تدخل إشارات جهد PT إلى قنوات الإدخال التناظرية للوحدة إما من خلال دائرة توزيع مروحية (TPRO) أو مباشرة (SPRO).
داخليًا، تقوم لوحة معالج BPPB بتنفيذ خوارزميات الحماية، بينما تتعامل لوحة التطبيقات المخصصة (BPRO) مع المنطق على مستوى الأجهزة، مثل مقارنة السرعة الزائدة للأجهزة وقيادة التتابع. تتم ترقيم جميع إشارات الإدخال ومعالجتها بواسطة البرنامج الثابت لاتخاذ قرارات منطقية. تتحكم إشارات الخرج في ملفات لولبية الرحلة عبر دوائر تشغيل التتابع. تقوم الوحدة بتبادل بيانات Signal Space مع نظام التحكم الرئيسي عبر IONet لمراقبة الحالة وتكوين المعلمات.
2. مبدأ الحماية من السرعة الزائدة
يتم تنفيذ اكتشاف السرعة الزائدة للأجهزة بالكامل في منطق قابل للبرمجة، متجاوزًا المعالج. يتم تحويل إشارة نبض السرعة إلى RPM باستخدام معلمة PRScale ومقارنتها مع OSHW_Setpoint المعينة مسبقًا. إذا أشارت فترتان دوران متتاليتان إلى السرعة الزائدة، فسيتم تشغيل إشارة رحلة الجهاز (OS#_HW_Trip). يتميز هذا المسار بأنه سريع الاستجابة وقوي للغاية، ويعمل بمثابة خط الدفاع الأخير للنظام.
يعتمد اكتشاف السرعة الزائدة للبرامج الثابتة على قيمة السرعة التي يحسبها المعالج، مما يدعم ضبط نقطة الضبط الديناميكية وأوضاع الاختبار. يمكن للمستخدمين تعديل العتبة في الوقت الفعلي عبر معلمات Signal Space (على سبيل المثال، OS#_Setpoint). يدعم البرنامج الثابت أيضًا وظيفة 'Trip Anticipate' لتطبيقات التوربينات البخارية، حيث يقوم بضبط نقطة ضبط السرعة الزائدة ديناميكيًا بناءً على الحمل.
3. منطق الجمع بين إشارة الرحلة
يتم دمج جميع إشارات الرحلة الناتجة عن وظائف الحماية (على سبيل المثال، السرعة الزائدة، والتسارع، والتوقف الإلكتروني، ومهلة المراقبة) في إشارة رحلة مركبة (ComposTrip1). تخضع هذه الإشارة لمنطق التصويت (2 من 3 في نظام TMR) قبل قيادة مرحلات الرحلة. ينقسم منطق الرحلة إلى مسارات مباشرة (على سبيل المثال، السرعة الزائدة للأجهزة ومدخلات الاتصال المباشر)، والتي تتجاوز البرامج الثابتة لضمان التشغيل حتى في حالة فشل المعالج، ومسارات مشروطة، والتي تعتمد على تقييمات سلامة الاتصالات.
4. مزامنة خوارزمية التحقق
تستخدم وظيفة فحص المزامنة تقنية حلقة الطور المقفلة (PLL) لتتبع مرحلة الجهد وتردد المولد والحافلة في الوقت الفعلي. الوحدة تحسب:
عندما تكون جميع المعلمات ضمن الحدود التي تم تكوينها وتكون إشارة SyncCheck_Perm صحيحة، تقوم الوحدة بإخراج إشارة L25A_Cmd لتنشيط مرحل K25A. إذا تم تمكين وضع الالتفافية (SynCk_ByPass)، فسيتم السماح بالإغلاق في ظل ظروف الناقل الميت.
5. آلية الاتصال والمراقبة
تحافظ IS220PPROH1A على الاتصال بوحدة التحكم الرئيسية عبر IONet، وتحديث إشارة نبضات القلب في كل إطار. إذا انقطع الاتصال، يزيد عداد المراقبة، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث رحلة. تراقب الوحدة أيضًا خاصية 'الثبات' لإشارة سرعة وحدة التحكم الرئيسية: إذا ظلت قيمة السرعة دون تغيير لعدة إطارات متتالية، فسيتم الحكم عليها على أنها 'سرعة قديمة' مما يؤدي إلى إجراء الحماية. تضمن هذه الآليات أن يتمكن نظام النسخ الاحتياطي من اكتشاف حالات الشذوذ الرئيسية في التحكم على الفور وتولي وظائف الحماية.
6. التحكم في التتابع وردود الفعل
يتم تحديد أمر محرك ترحيل الرحلة (ETR) بواسطة إشارة الرحلة المركبة وإشارة التمكين. تقوم الوحدة في نفس الوقت بمراقبة إشارات ردود فعل التتابع (K#_Fdbk) وجهد الملف اللولبي (SOL#_Vfdbk) لضمان تطابق الحالة المطلوبة مع الحالة الفعلية. إذا تم اكتشاف أي تناقض، فسيتم إنشاء إنذار تشخيصي (على سبيل المثال، الإنذارات 69-71).
