GE IS220PPROS1B TMR Backup Protection I/O modul

IS220PPROS1B je I/O modul zálohovací ochrany Triple Modular Redundant (TMR) v řídicím systému Mark VIe společnosti GE, určený pro plynové turbíny, parní turbíny a další rotační stroje. Slouží jako nezávislá záložní ochranná vrstva oddělená od primárního řídicího systému a poskytuje funkce, jako je ochrana proti překročení rychlosti, kontrola synchronizace, monitorování hlavního řízení a nouzové vypnutí. Tím je zajištěno bezpečné odstavení v případě selhání primárního řídicího systému, zabránění poškození zařízení a katastrofickým incidentům.

IS220PPROS1B je verze s bezpečnostní certifikací vyhovující normě IEC 61508, vhodná pro průmyslové aplikace vyžadující certifikaci podle IEC 61511 pro bezpečnostní instrumentované smyčky. Jeho konstrukce klade důraz na nezávislost hardwaru a softwaru a zaručuje, že ochranné funkce zůstanou funkční bez ohledu na stav primárního řídicího systému.

Architektura systému a složení hardwaru

1 Struktura hardwaru

• Processor Board: Využívá procesorovou desku BPPC podporovanou softwarem ControlST V04.07 a novějším.

• Aplikační deska (BPRO): Obsahuje hardwarové obvody specifické pro aplikaci pro funkce, jako je detekce překročení rychlosti, řízení relé a zpracování pulzního signálu.

• Svorkovnice: Lze namontovat přímo na svorkovnice SPRO, TPROS#C, TPROH#C nebo TREA.

• Komunikační rozhraní: Připojuje se k IONet přes ethernetové porty pro výměnu dat s hlavním ovladačem.

2 Možnosti konfigurace systému

• Konfigurace TMR: Tři moduly PPRO jsou připojeny k řídicím sítím R, S a T a implementují logiku hlasování 2 ze 3.

• Simplexní konfigurace: Vhodné pro použití se svorkovnicí TRES, kde jeden modul PPRO monitoruje dva regulátory (R a S).

• Samostatná konfigurace: Svorkovnice TREA umožňuje přímou montáž tří modulů PPRO, což eliminuje potřebu externí kabeláže mezi deskami.

Základní funkce a provozní principy

1 Ochrana proti překročení rychlosti
IS220PPROS1B poskytuje tři úrovně ochrany proti překročení rychlosti: řídicí, primární a nouzovou. Nouzová úroveň je prováděna nezávisle PPRO a zahrnuje:

• Hardwarová ochrana proti překročení rychlosti:

• Pro detekci překročení rychlosti používá hardwarovou logiku nezávislou na softwaru.

• Nastavená hodnota vypnutí ( OSHW_Setpoint ) je načtena pouze během spouštění modulu, což zajišťuje, že nebude ovlivněna chybami runtime softwaru.

• Vyžaduje dvě po sobě jdoucí otáčky hřídele k překročení nastavené hodnoty ke spuštění vypnutí. Doba odezvy je obvykle kratší než 60 ms při normálních provozních rychlostech.

• Firmware Overspeed Protection:

• Provádí výpočty v reálném čase na základě tří rychlostních signálů (HP, IP, LP).

• Podporuje ochranu proti překročení rychlosti na základě rychlosti (RBOS), která dynamicky upravuje nastavenou hodnotu vypnutí při překročení rychlosti na základě aktuálního zrychlení hřídele.

• Funkce RBOS (pouze PPROS1B):

• Umožňuje uživatelům definovat křivku odezvy pomocí pěti bodů zlomu zrychlení/otáček.

• Se zvyšujícím se zrychlením hřídele se snižuje nastavená hodnota překročení rychlosti řízená RBOS, což umožňuje dřívější spuštění vypnutí za podmínek vysokého zrychlení.

2 Funkce kontroly synchronizace

• Monitoruje napětí generátoru a sběrnice, frekvenci a fázový úhel prostřednictvím dvou vstupů transformátoru potenciálu (PT).

• Napájí relé K25A, aby umožnilo sepnutí vypínače, když jsou podmínky v rámci konfigurovatelných limitů pro rozdíl napětí, rozdíl frekvence (skluz) a rozdíl fázového úhlu.

• Obsahuje funkci bypassu pro uzavření mrtvého autobusu.

3 Hlavní kontrolní hlídací pes

• Monitoruje zdraví primárního ovladače prostřednictvím signálu srdečního tepu ( DEVICE_HB ) přijatého přes IONet.

• Spustí chybu, pokud prezenční signál chybí po dobu pěti po sobě jdoucích datových rámců.

• Podporuje monitorování dvou hlavních ovladačů; jeden ovladač, který je v pořádku, stačí k tomu, aby se zabránilo vypnutí.

4 Další ochranné funkce

• Detekce rozdílu rychlosti: Spustí se, pokud rozdíl mezi signálem rychlosti primárního ovládání a vypočítanou rychlostí PPRO překročí nastavenou prahovou hodnotu pro tři po sobě jdoucí vzorky.

• Detekce zastaralé rychlosti: Spustí se, pokud se rychlostní signál z hlavního ovladače přestane měnit (dithering) na delší dobu (100 snímků), což indikuje potenciální ztrátu integrity signálu.

• Detekce zablokování nízkotlakého hřídele: Spustí se, pokud má vysokotlaký hřídel otáčky, zatímco nízkotlaký hřídel zůstává na nulových otáčkách.

• Vypnutí diskrétního kontaktního vstupu: Sedm izolovaných kontaktních vstupů podporuje buď přímou (hardwarovou) nebo podmíněnou (na bázi firmwarové logiky) spouštění vypnutí.

• E-Stop (Emergency Stop): Monitoruje externí signály nouzového zastavení a iniciuje přepnutí do primárního ovládání.

5 Reléové výstupy a zpětná vazba

• Nouzová vypínací relé (ETR1–ETR3): Ovládejte vypínací solenoidy.

• Úsporná relé (KE1–KE3): Vložte sériový odpor do obvodu elektromagnetu po připojení, abyste snížili přídržný proud.

• Servo Suicide Relay (K4CL): Vynucuje uzavření palivových nebo parních ventilů (běžné u simplexních systémů).

• Synchronizační kontrolní relé (K25A): Řídí povel zapnutí vypínače generátoru.

Klíčové rozdíly: IS220PPROS1B vs. IS220PPROH1A

Typické aplikace

• Plynové turbíny (jednohřídelové / dvouhřídelové)

• Parní turbíny (velké, střední, malé)

• Zařízení s kombinovaným cyklem (konfigurace STAG)

• Průmyslové aplikace vyžadující shodu s úrovněmi integrity bezpečnosti SIL 2 / SIL 3.