Analogová vstupní/výstupní deska GE IS200VAICH1C

IS200VAICH1C je analogová vstupní/výstupní deska navržená společností General Electric (GE) pro její řídicí systém Mark VI™. Tato deska je ranou verzí v rámci řady VAIC (včetně všech verzí až po VAICH1C včetně), která se primárně používá pro zpracování analogového signálu akvizice a výstupu. Je to nepostradatelný I/O modul v řídicích systémech plynových a parních turbín.

Deska IS200VAICH1C přijímá 20 analogových vstupů a ovládá 4 analogové výstupy. Pracuje ve spojení se dvěma svorkovnicemi TBAI, z nichž každá poskytuje 10 vstupů a 2 výstupy. Po připojení kabelů k procesorové desce VAIC umístěné ve stojanu VME jsou vstupní signály upraveny, multiplexovány a A/D převedeny. Poté jsou přeneseny přes základní desku VME na desku VCMI a nakonec do řídicí jednotky. Pro výstupy převádí VAIC digitální hodnoty na analogové proudy a přivádí externí zátěže přes svorkovnici.

IS200VAICH1C podporuje simplexní i trojité modulární redundantní (TMR) aplikace. V konfiguraci TMR jsou vstupní signály na svorkovnici rozvedeny do tří VME stojanů (R, S, T), z nichž každý obsahuje VAIC. Výstupy jsou řízeny pomocí proprietárního obvodu, kde všechny tři VAIC přispívají k vytvoření požadovaného proudu. Pokud jedna deska selže, zbývající dvě desky nadále produkují správný výstupní proud.

Jako finální verze původní generace VAIC se IS200VAICH1C liší od následných verzí (jako je VAICH1D) především ve schopnosti výstupního měniče: při buzení 20 mA výstupů podporuje maximální zátěžový odpor 500 Ω (při použití 1000 stop drátu #18). Vyžaduje provoz se svorkovnicemi TBAIH1B nebo dřívějšími verzemi a je také kompatibilní se všemi revizemi svorkovnic DTAI.

Deska obsahuje komplexní diagnostické funkce, včetně kontroly vstupních limitů, monitorování výstupu a kontroly stavu relé, s indikací stavu pomocí LED na předním panelu. Firmware VAIC navíc integruje algoritmy detekce zastavení kompresoru plynové turbíny, monitorování prekurzorů zastavení v reálném čase při frekvenci skenování 200 Hz a spouštění ochrany před vypnutím do 30 ms.

---

II. Hlavní funkce

Primární funkce IS200VAICH1C zahrnují, ale nejsou omezeny na, následující:

1. Analog Input Acquisition

Deska přijímá 20 analogových vstupů přes dvě svorkovnice TBAI. Typy vstupů jsou volitelné pomocí propojek na svorkovnici, které podporují:

• Proudový vstup 4-20 mA

• ±1 mA proudový vstup

• Vstup stejnosměrného napětí ±5 V

• Vstup stejnosměrného napětí ±10 V

Vstupní obvody jsou vybaveny potlačením šumu, včetně hardwarových filtrů a konfigurovatelných softwarových nízkopropustných filtrů pro ochranu před přepětím a vysokofrekvenčním šumem. Prvních 10 vstupů (přes konektor J3) má jednopólový hardwarový filtr s vypínací frekvencí 500 rad/s. Druhých 10 vstupů (přes konektor J4) má dvoupólový hardwarový filtr s vyrušovacími frekvencemi 72 rad/sa 500 rad/s.

2. Ovládání analogového výstupu

Deska poskytuje 4 analogové výstupy. Dva jsou pevně nastaveny na 4-20 mA a další dva lze nakonfigurovat na 4-20 mA nebo 0-200 mA. Výstupní obvody jsou také vybaveny potlačením šumu a využívají patentovanou techniku ​​redundantního pohonu: v systémech TMR je každý výstup poháněn třemi VAIC dohromady. Skutečný výstupní proud se měří pomocí sériového rezistoru, který přivádí zpět napětí do každého VAIC. Výsledný výstup je střední hodnota tří proudů. Pokud deska selže, její výstup je odpojen a zbývající dvě desky nadále produkují správný výstup.

3. Detekce zablokování kompresoru

Firmware VAIC obsahuje funkci detekce zastavení kompresoru plynové turbíny, která skenuje první čtyři analogové vstupy při 200 Hz. K dispozici jsou dva volitelné algoritmy:

• Algoritmus malé plynové turbíny LM: Používá dva tlakové převodníky.

• Algoritmus plynové turbíny pro těžký provoz: Používá tři tlakové převodníky.

Algoritmus monitoruje tlak na výtlaku kompresoru (PS3) a rychlost jeho změny (dPS3dt) a porovnává je s konfigurovatelnými parametry zastavení (konstanty KPS3), aby se zjistilo, zda hrozí zastavení. Jakmile je VAIC spuštěn, vydá do 30 ms vypínací signál, což způsobí, že řídicí jednotka uzavře všechny ventily pro uzavření paliva (FSOV).

4. Úprava vstupního/výstupního signálu

Všechny vstupní a výstupní kanály jsou vybaveny obvody pro úpravu signálu, včetně filtrování, zesílení a izolace. Vstupy využívají 16bitový A/D převodník se 14bitovým rozlišením, dosahující přesnosti měření lepší než 0,1 % plného rozsahu. Výstupy využívají 12bitový D/A převodník s přesností 0,5 %.

5. Diagnostika poruch a autotest

Deska nabízí komplexní diagnostické funkce:

• Každý analogový vstup má kontrolu hardwarových limitů (přednastavené nekonfigurovatelné vysoké/nízké úrovně blízko konce provozního rozsahu). Překročení těchto limitů zastaví skenování daného kanálu a vygeneruje složený diagnostický alarm L3DIAG_VAIC.

• Každý vstup má konfigurovatelné softwarové systémové kontroly limitů, které lze použít ke generování alarmů a nakonfigurovat je jako blokující nebo bez blokování.

• V systémech TMR je každý vstupní signál monitorován na odchylku od střední hodnoty. Překročení přednastaveného limitu generuje poruchu a poskytuje včasné varování před potenciálními problémy kanálu.

• D/A výstupy, výstupní proudy, celkový proud, sebevražedná relé a škálovací relé 20/200 mA jsou monitorovány z hlediska přiměřenosti.

• ID zařízení na svorkovnici je dotazováno VAIC. Neshoda generuje chybu nekompatibility hardwaru.

6. Indikace stavu

Na předním panelu jsou tři LED indikátory:

• RUN (Zelená): Bliká během normálního provozu.

• FAIL (červená): Trvalé svícení znamená selhání desky.

• STATUS (oranžová): Svítí trvale, když existuje diagnostický alarm (normálně nesvítí).

  
  

---

III. Systémové aplikace

1. Aplikace v systému Mark VI Control System

IS200VAICH1C je základní analogová I/O procesorová deska v řídicím systému Mark VI, široce používaná při řízení, ochraně a monitorování procesů plynových turbín a parních turbín. Mezi jeho role v systému patří:

• Process Parameter Acquisition: Získává analogové signály ze senzorů měřících teplotu, tlak, průtok, rychlost atd. a převádí je na digitální hodnoty pro použití v řídicí jednotce.

• Ovládání akčního členu: Vydává signály 4-20 mA nebo 0-200 mA pro pohon polohovadel ventilů, servoventilů, frekvenčních měničů a dalších pohonů.

• Ochrana proti zablokování: Monitoruje tlak na výtlaku kompresoru v reálném čase, rychle detekuje prekurzory zablokování a spouští nouzové vypnutí za účelem ochrany turbosoustrojí.

• Redundantní I/O: V systémech TMR poskytuje trojnásobně redundantní analogové vstupy a výstupy, což zajišťuje provoz systému neovlivněný výpadky jednoho bodu.

2. Konfigurace systému Simplex a TMR

Simplex System: Používá jednu desku IS200VAICH1C a dvě svorkovnice TBAI. Vstupní signály jsou přímo připojeny a výstupy jsou řízeny jediným VAIC.

Systém TMR: Používá tři desky IS200VAICH1C (umístěné v skříních R, S, T v tomto pořadí) a dvě svorkovnice TBAI. Vstupní signály jsou rozvedeny paralelně na svorkovnici do tří racků. Výstupy využívají redundanci se zvolenou střední hodnotou, přičemž každý VAIC přispívá částí proudu. Celkový výstup je medián těchto tří. Pokud jedna deska selže, zbývající dvě ji automaticky převezmou.

3. Typické aplikační scénáře

• Řízení plynové turbíny: Řízení vstupních vodicích lopatek kompresoru, řízení paliva, sledování teploty výfukových plynů, ochrana proti zhasnutí.

• Řízení parní turbíny: Řízení regulačního ventilu, monitorování tlaku/teploty páry.

• Buzení generátoru: Monitorování budícího napětí/proudu.

• Řízení průmyslových procesů: Získávání a řízení tlaku, průtoku, hladiny atd.

  
  

---

IV. Podrobný popis rozhraní

1. Rozhraní svorkovnice

IS200VAICH1C se připojuje ke dvěma svorkovnicím TBAI pomocí dvou 50pinových kabelových konektorů (J3 a J4). Každá svorkovnice má 10 vstupů a 2 výstupy. Propojky na svorkovnici volí typ vstupu (proud/napětí) a výstupní rozsah (20/200 mA).

2. Rozhraní základní desky

Deska komunikuje s deskou VCMI a dalšími kartami přes konektor VME backplane, přenáší digitalizovaná vstupní data a přijímá výstupní příkazy. Propojovací deska také poskytuje 24 V DC napájení pro napájení externích vysílačů (přes svorkovnici).

3. Indikátory na předním panelu

4. Rozhraní diagnostických funkcí

Podrobné diagnostické informace, včetně limitního stavu každého vstupního kanálu, hodnot výstupního proudu, stavu relé a odchylek TMR, lze číst prostřednictvím softwaru Toolbox.

---

V. Diagnostika a údržba

1. Seznam diagnostických funkcí

2. Doporučení pro údržbu

• Pravidelně kontrolujte diagnostické alarmy pomocí Toolbox a okamžitě řešte anomálie.

• Ujistěte se, že propojky na svorkovnici odpovídají skutečným typům snímačů.

• V systémech TMR sledujte stavové LED na každé desce a vadné desky neprodleně vyměňte.

• Při výměně desek věnujte pozornost kompatibilitě: VAICH1C musí používat svorkovnice TBAIH1B nebo starší.

  
  

---

VI. Detekce zablokování kompresoru

1. Přehled algoritmů

Firmware VAIC obsahuje dva algoritmy detekce blokování, které skenují první čtyři vstupy při 200 Hz:

• Algoritmus malé plynové turbíny LM: Používá dva tlakové převodníky (např. PS3A, PS3B).

• Algoritmus plynové turbíny pro těžký provoz: Používá tři tlakové převodníky (např. PS3A, PS3B, PS3C).

Algoritmus monitoruje tlak na výtlaku kompresoru (PS3) a rychlost jeho změny (dPS3dt) a porovnává je s konfigurovatelnými parametry zastavení. Mezi parametry patří:

2. Spouštění a ochrana

Když algoritmus detekuje prekurzor zastavení, VAIC vydá do 30 ms signál vypnutí kompresoru (CompStall). Tento signál je odeslán do řídicí jednotky, aby uzavřel všechny palivové uzavírací ventily (FSOV) a provedl nouzové vypnutí. Citlivost detekce zablokování lze upravit pomocí konfiguračních parametrů.

---

VII. Kompatibilita a konfigurace

1. Kompatibilita se svorkovnicí

IS200VAICH1C patří k originální generaci VAIC a musí být používán s následujícími svorkovnicemi:

• TBAIH1B nebo starší (např. TBAIH1A)

• DTAI jakoukoli revizi

Nekompatibilní svorkovnice: TBAIH1C a novější (jsou určeny pro VAICH1D, podporující vyšší zatížení).

2. Metody konfigurace

• Typ vstupu zvolený pomocí propojek na svorkovnici.

• Výstupní rozsah (20/200 mA) se volí pomocí propojek na svorkovnici.

• Parametry detekce zablokování, systémové limity, limity odchylek TMR atd., nakonfigurované pomocí softwaru Toolbox.

• Parametry filtru, aktivace alarmu atd., také konfigurované pomocí softwaru.

3. Firmware a Hardware Matching

ID čip na desce uchovává informace o typu desky a revizi, které systém přečte, aby byla zajištěna kompatibilita hardwaru. Při výměně desky ověřte, že se číslo modelu shoduje, a aktualizujte konfigurační soubor (soubor tre), aby odpovídal verzi firmwaru.

---