IS220PPRAH1A je kritický I/O modul v rámci řídicího systému GE Mark VIe, určený pro nouzovou ochranu turbíny. Je součástí řady PPRA a v kombinaci se svorkovnicí TREA a volitelnou deskou WREA tvoří zcela nezávislý záložní systém ochrany proti překročení rychlosti. Tento systém se vyznačuje architekturou Triple Modular Redundant (TMR), která zajišťuje spolehlivou ochranu před vypnutím turbíny i v případě selhání primárního řídicího systému.
IS220PPRAH1A obsahuje procesorovou desku BPPB a podporuje šestirychlostní vstupní signály. Tyto vstupy lze konfigurovat v různých skupinách, aby vyhovovaly různým konfiguracím turbín (např. jednohřídelové, dvouhřídelové, tříhřídelové jednotky). Modul poskytuje ochranné funkce implementované jak v hardwaru, tak ve firmwaru, včetně detekce překročení rychlosti, detekce zrychlení/zpomalení, monitorování hlavního řídicího systému a zpracování vstupu vypínacího kontaktu. Jedná se o základní součást pro zabezpečení rotujících strojů, jako jsou plynové turbíny a parní turbíny.
Systémová architektura a kompatibilita
1.Systémové komponenty
I/O modul IS220PPRAH1A: Zodpovídá za získávání signálu, logické zpracování a rozhodování o ochraně.
Svorkovnice TREA: Poskytuje reléové výstupy, vypínací vstupní rozhraní a podporuje funkce nouzového zastavení (E-Stop) a ochrany proti překročení rychlosti.
WREA Option Board: Rozšiřuje možnosti systému o výstupy opakovače signálu rychlosti, čímž zvyšuje spolehlivost.
2. Poznámky ke kompatibilitě
IS220PPRAH1A je součástí řady PPRA vedle variant PPRAS1A a PPRAS1B. Není však certifikován podle norem IEC 61508, a proto se nesmí používat v bezpečnostních smyčkách vyžadujících certifikaci Safety Integrity Level (SIL). Pro aplikace s certifikací SIL musí být použity verze PPRAS1A nebo S1B. PPRAH1A má rozsah provozních teplot -30 °C až 65 °C, takže je vhodný pro obecné průmyslové prostředí.
3. Požadavky na instalaci
Musí být použit se svorkovnicí TREA a vyžaduje instalaci doplňkové desky WREA.
Pro vytvoření systému TMR musí být instalovány současně tři moduly PPRA; operace jednoho nebo dvou balení není podporována.
Modul se zapojuje přímo do desky TREA pomocí konektoru DC-62 a je zajištěn pomocí závitových kolíků.
Podrobné základní funkce
1. Vstup rychlosti a zpracování signálu
IS220PPRAH1A přijímá šest vstupů snímače rychlosti, které lze konfigurovat na základě uspořádání hřídele turbíny:
Tři skupiny dvou senzorů (dva senzory na hřídel, až tři hřídele)
Dvě skupiny tří senzorů (tři senzory na hřídel, až dvě hřídele)
Každý signál rychlosti je zpracován pomocí algoritmu High Select nebo Medin Select, aby výstupem byla jediná hodnota tepové frekvence představující skutečnou rychlost pro každý hřídel. Modul provádí detekci rozdílu mezi senzory na stejné hřídeli. Pokud rozdíl překročí konfigurovatelný práh (např. 25 ot./min), vygeneruje se diagnostický alarm 'Soulad dvou rychlostních senzorů'.
2. Funkce ochrany proti překročení rychlosti
2.1. Firmware Overspeed Protection
Implementováno v programovatelné logice. Nastavená hodnota vypnutí při překročení rychlosti může být získána ze signálního prostoru nebo z místní konfigurační hodnoty.
Podporuje online a offline testování nadměrné rychlosti. Během testování může být nastavená hodnota vypnutí dočasně snížena (až na 94 % nakonfigurované hodnoty).
Zahrnuje kontrolu shody nastavení; pokud konfigurační hodnota neodpovídá hodnotě přijaté ze signálního prostoru při nulové rychlosti, je deklarována chyba a provoz je zablokován.
2.2. Hardwarová ochrana proti překročení rychlosti
Plně implementováno v hardwarové logice, nezávisle na firmwaru procesoru, s dobou odezvy méně než 20 ms.
Nastavená hodnota překročení rychlosti je načtena pouze při spuštění modulu nebo při vypnutí a zapnutí napájení a nelze ji během provozu změnit.
Každý ze šesti rychlostních vstupů je individuálně monitorován kvůli překročení rychlosti hardwaru, což zajišťuje ochranu i v případě selhání firmwaru.
Vyžaduje dvě sousední otáčky hřídele k překročení nastavené hodnoty pro spuštění vypnutí, čímž se zabrání falešným vypnutím.
3. Ochrana zrychlení a zpomalení
Modul vypočítává rychlost změny rychlosti v reálném čase (zrychlení) a podporuje konfigurovatelný práh aktivace zrychlení.
Ochrana zpomalení používá pevnou prahovou hodnotu 100 % za sekundu a není konfigurovatelná.
Zrychlení se vypočítá porovnáním dvou sousedních vzorků rychlosti během konfigurovatelné doby (AccelCalTime, 10-100 ms).
4. Funkce vypnutí diskrétního vstupu kontaktu
IS220PPRAH1A podporuje čtyři izolované vypínací vstupy diskrétních kontaktů, které mohou pracovat ve dvou režimech:
Přímé vypnutí: Vstupní signál přímo spouští hardwarové vypnutí a obchází logiku firmwaru pro maximální rychlost.
Podmíněné vypnutí: Akce vypnutí závisí na stavu komunikace (indikováno signálem udržování sítě). Pokud dojde ke ztrátě komunikace s řídicí jednotkou, jsou automaticky povoleny podmíněné vypnutí.
Všechny kontaktní vstupy obsahují 8 ms de-bounce filtr, který zabraňuje falešným vypnutím v důsledku chvění kontaktů.
5. Funkce hlavního ovládání Watchdog
Modul nepřetržitě monitoruje signál srdečního tepu (Device Heartbeat) poskytovaný hlavním ovladačem.
Pokud není detekována žádná změna hodnoty srdečního tepu po dobu pěti po sobě jdoucích datových rámců, dojde k zablokování vypnutí řídicího hlídacího obvodu.
Pokud se hlavní ovladač zotaví a komunikuje správně po dobu 60 sekund, stav vypnutí se automaticky resetuje.
6. Rozdíl rychlostí a detekce zastaralé rychlosti
Ochrana proti rozdílu rychlosti: Porovnává rychlost vypočítanou PPRA (PulseRate1) s hodnotou rychlosti (Speed1) poskytnutou hlavním ovladačem. Pokud rozdíl překročí konfigurovatelné procento (na základě RatedRPM_TA) pro tři po sobě jdoucí vzorky, dojde k vypnutí.
Ochrana zastaralé rychlosti: Pokud hodnota rychlosti z hlavního ovladače (Speed1) zůstane nezměněna po dobu 100 po sobě jdoucích datových rámců (indikuje ztrátu integrity signálu), dojde k zablokování. Tato ochrana je založena na principu, že živý signál rychlosti vždy vykazuje drobné odchylky ('dithering').
7. Synchronizace času a sledování synchronizace snímků
Modul spoléhá na časovou synchronizaci napříč IONetem. Sleduje číslo synchronizačního rámce.
Pokud jsou detekovány hrubé chyby nebo ztráta synchronizace (např. snímky mimo sekvenci), aktivuje se chyba synchronizace snímků.
Tím je zajištěno, že PPRA zůstane časově synchronizován s hlavním ovladačem, čímž se zabrání selhání ochrany v důsledku komunikačních zpoždění.
8. Reléové výstupy a zpětná vazba
IS220PPRAH1A poskytuje signály pohonu pro tři nouzová vypínací relé (ETR1–ETR3) a monitoruje jejich stavové signály zpětné vazby.
Přikázaný stav každého budiče relé se porovnává s jeho skutečným stavem zpětné vazby. Neshoda vyvolá diagnostický alarm.
Testovací funkce umožňuje jednotlivě vypnout napájení každého relé pro účely testování, aniž by došlo k vypnutí systému.
Provozní principy a tok signálu
Konvence typu signálu
Končí na (SS): Signál je generován v rámci PPRA a odeslán do signálového prostoru ovladače.
Končí SS: Signál je generován v ovladači a přijímán PPRA přes Signal Space.
Končí na (IO): Signál je generován v rámci PPRA a vysílán do hardwaru.
Končí IO: Signál je hardwarový vstup do PPRA.
Končí na CFG: Označuje konfigurační parametr.
Kombinace vypínacího signálu
Všechny jednotlivé vypínací signály (např. překročení rychlosti, zrychlení, kontaktní vstup, watchdog) jsou sloučeny do jediného složeného vypínacího signálu (ComposTrip1), který se používá v logice výstupu relé. Rozhodující je, že vypnutí při překročení rychlosti hardwaru a vypnutí přímého kontaktu mají cesty, které jsou plně implementovány v hardwaru nebo programovatelné logice, nikoli ve firmwaru. Tím je zajištěno, že porucha firmwaru procesoru nemůže zabránit těmto kritickým signálům ve spuštění vypnutí.
Bezpečný design
Modul se standardně přepne do stavu 'vypnutí', když je napájení vypnuto, během spouštění, během hardwarového resetu nebo když není online.
Hardwarový hlídací obvod monitoruje provoz firmwaru. Pokud je detekována porucha firmwaru, spustí se hardwarový reset, který vynutí vypnutí.
Všechny kritické signály (rychlost, srdeční tep, synchronizace snímků) zahrnují mechanismy detekce časového limitu nebo nesrovnalostí, které zajišťují, že systém za abnormálních okolností bezpečně selže do stavu vypnutí.
Konfigurace a diagnostika
Konfigurační nástroj
Modul se konfiguruje pomocí softwaru ToolboxST společnosti GE. Mezi klíčové konfigurační parametry patří:
Typ turbíny (např. plynová turbína, parní turbína)
Seskupení zadávání rychlosti (tři skupiny nebo dvě skupiny)
Nastavené hodnoty překročení rychlosti, Nastavená hodnota zrychlení, Meze rozdílu
Povolí/zakáže nastavení funkcí jako Watchdog, Speed Difference a Detekce zastaralé rychlosti.
Autodiagnostika
Autotest při zapnutí: Kontroluje RAM, flash paměť, ethernetové porty a hardware procesoru.
Nepřetržité monitorování: Monitoruje interní napájecí zdroje, analogové zpětnovazební proudy a stavy příkazů/zpětné vazby relé.
Electronic ID Verification: Kontroluje, zda jsou modul, svorkovnice a hardware doplňkové desky kompatibilní a odpovídají načtenému kódu aplikace.
Stavové indikátory LED
Čelní deska modulu obsahuje šest stavových LED:
RUN: Zelená, když jsou relé vybuzená (Run), Červená, když jsou relé bez napájení (Trip).
ESTP: Zelená, když je vstup E-Stop (pokud je podporován) ve stavu chodu, Červená, když je E-Stop aktivní.
OSPD: Červená, když je detekován a zablokován stav překročení rychlosti.
WDOG: Červená, když je aktivní výlet založený na funkcích hlídacího psa (Control Watchdog, Speed Difference atd.).
SIL: PPRAH1A nepodporuje funkci SIL; tato LED není použitelná.
KREA: Zelená znamená, že je na podmodulu KREA detekováno napájení.
