IS220YTURS1A je kritická I/O sada v rámci bezpečnostního řídicího systému Mark VleS, navržená speciálně pro ochranu primární turbíny. Jedná se o aplikačně specifický I/O modul, který pracuje ve spojení s kompatibilními svorkovnicemi (jako jsou TTUR, TRPA, TRPG) k monitorování a ochraně turbín (plynových nebo parních) proti kritickým rizikům, jako je překročení rychlosti a selhání plamene. Jeho hlavní funkcí je zajistit bezpečné odstavení zařízení při detekci nebezpečných podmínek.
Modul je navržen a certifikován v souladu s normou funkční bezpečnosti IEC 61508. Je schopen dosáhnout:
SIL 2 v odolnosti proti chybám hardwaru (HFT) = 0 architektur (např. 1oo1, 2oo2).
SIL 3 v HFT = 1 architekturách (např. 1oo2, 2oo3).
Je vhodný pro použití v režimech provozu s nízkou i vysokou spotřebou/nepřetržitým provozem.
Klíčové funkce
1. Sledování rychlosti a ochrana proti překročení rychlosti
IS220YTURS1A podporuje až čtyři pasivní vstupy pro magnetické snímače rychlosti s frekvenčním rozsahem 2 Hz až 20 000 Hz.
Každý vstupní kanál lze nezávisle konfigurovat pro různé aplikace (např. Flow, Speed, Speed_High, Speed_Low).
Zahrnuje rychlý algoritmus detekce překročení rychlosti s konfigurovatelnou logikou vypínání, jako je vypínání na jednom kanálu ( PR_Single ) nebo na maximální hodnotě z více kanálů ( PR_Max ).
K dispozici jsou konfigurovatelné vypínací funkce zrychlení a zpomalení, které chrání před náhlými, nebezpečnými změnami otáček hřídele.
2. Detekce plamene
Přijímá vstupy až z osmi detektorů plamene (např. typ Geiger-Muller).
Obvody snímání plamene interpretují napěťové impulzy nad 2,5 V jako logické vysoké hodnoty, indikující přítomnost plamene. Tepová frekvence je měřena čítačem v uživatelsky konfigurovatelném časovém intervalu (násobky 40 ms).
Bezpečný stav pro obvod detekce plamene YTUR je definován jako 'Přítomnost plamene'. Ztráta signálu plamene představuje nebezpečný stav, který spustí ochrannou akci. Není určeno pro aplikace, kde je detekovaný plamen nebezpečným stavem.
3. Ovládání elektrického vypínacího zařízení (ETD).
IS220YTURS1A řídí výstupy monitorovaného vypínacího relé pro rozhraní s elektrickými vypínacími zařízeními (ETD), které obvykle přeruší napájení vypínacích elektromagnetů a iniciují mechanické vypnutí.
V konfiguraci Triple Modular Redundant (TMR) jsou výstupy ze tří sad YTUR připojeny ke svorkovnici (jako TRPG nebo TRPA), která implementuje hardwarový hlasovací obvod (např. 2 ze 3 voleb), aby se zajistilo, že jediná porucha nezabrání vypnutí.
4. Vstup nouzového zastavení (E-Stop).
Vyhrazený vstup E-Stop poskytuje hardwarovou cestu nouzového vypnutí. Když je aktivován, může přímo deaktivovat vypínací relé.
Tento signál E-Stop lze také nakonfigurovat tak, aby vypínal další ochranné systémy, jako je záložní ochrana proti překročení rychlosti YPRO, která zajišťuje ochranu celého systému.
5. Bezpečně certifikované funkce (nerušící)
Synchronizace generátoru a ovládání vypínače: Poskytuje funkcionalitu, která není hodnocena jako bezpečnostní pro synchronizaci generátoru s rozvodnou sítí a ovládání hlavního vypínače.
Monitorování napětí a proudu na hřídeli: Monitoruje indukované napětí a proud na hřídeli, aby se zabránilo poškození proudem na hřídeli, ale není součástí bezpečnostní funkce.
Monitorování transformátoru potenciálu (PT): Monitoruje napěťové signály generátoru a sběrnice z transformátorů potenciálu pro účely nebezpečnostního řízení a monitorování.
Architektura systému a princip fungování
1. Architektura hardwaru
IS220YTURS1A funguje jako klíčový komponent v rámci větší architektury Mark VleS. Jeho signálová cesta se skládá ze tří hlavních částí:
Svorkovnice (TTUR/TRPA/TRPG): Poskytuje fyzické rozhraní pro kabeláž v terénu a nabízí funkce, jako je přechodová ochrana, rozdmýchávání signálu (pro vstupy TMR) a volba výstupu (pro výstupy TMR).
I/O Pack (YTURS1A): Samotný modul, který obsahuje společnou desku procesoru a jedinečnou desku pro sběr dat. Digitalizuje signály, provádí ochranné algoritmy a zajišťuje komunikaci.
IONet: Vlastní uzavřená ethernetová síť používaná pro komunikaci mezi I/O packy a bezpečnostními kontroléry Mark VleS. I/O packy multicast vstupní data do řadičů každý snímek a řadiče vysílají výstupní data zpět do I/O packů.
V systému TMR jsou použity tři moduly IS220YTURS1A (R, S, T). Každý modul zpracovává rozvětvené vstupy samostatně. Řídící jednotky poté provedou výběr mediánu na rychlostních signálech a většinové hlasování (2 ze 3) na rozhodnutí o stavu a vypnutí, čímž zajistí nepřetržitý provoz, i když jeden celý kanál selže.
2. Pracovní postup zpracování signálu a řízení
Sběr vstupu: Provozní signály (rychlost, plamen, nouzové zastavení atd.) jsou připojeny ke svorkovnici, která je upraví a rozdmýchá do modulu (modulů) YTURS1A.
Zpracování signálu: YTURS1A digitalizuje analogové signály a provádí své vestavěné algoritmy firmwaru. Pro rychlostní vstupy vypočítá otáčky. U plamenových vstupů určuje stav zapálení/vypnutí plamene na základě počtu impulzů.
Logika ochrany: Modul nepřetržitě porovnává zpracované hodnoty (např. rychlost, zrychlení) s nastavenými hodnotami vypnutí. Monitoruje také stav vlastního hardwaru a vstupních signálů.
Akce výstupu: Pokud je splněna podmínka vypnutí (např. překročení rychlosti) nebo je detekována kritická porucha, YTURS1A okamžitě deaktivuje své bezpečnostní certifikované výstupy vypínacího relé. Tato akce se provádí lokálně v rámci I/O packu, aniž by byl vyžadován příkaz od hlavního řadiče, což zajišťuje velmi rychlou dobu odezvy.
Systémová komunikace: YTURS1A současně sděluje stav všech vstupů, výstupů a své interní diagnostiky kontrolérům Mark VleS přes IONet pro monitorování na systémové úrovni, alarmy a zobrazení HMI.
3. Monitorování zdraví a diagnostické pokrytí
IS220YTURS1A nabízí rozsáhlou palubní diagnostiku pro detekci selhání hardwaru, ztráty komunikace a problémů s napájením.
V systému Mark VleS má každá proměnná odvozená z I/O přidružený zdravotní stav. Toto zdraví je kombinací stavu bodu (z autodiagnostiky I/O balíčku) a stavu linky (z ověření integrity komunikace IONet ovladačem).
Aplikační kód může monitorovat stav kritických proměnných pomocí funkčního bloku VAR_HEALTH, což umožňuje bezpečnostní logice přijmout vhodná opatření, pokud je vstup považován za nezdravý (např. výběr redundantního senzoru, spuštění alarmu).
Funkce Branding systému zajišťuje integritu konfigurace. Jakmile je aplikace otestována a označena, jakákoli neoprávněná změna kódu, konstant nebo hardwaru vygeneruje diagnostický alarm.
4. Integrace s YPRO a YSIL pro vrstvenou ochranu
IS220YTURS1A je často součástí vícevrstvé strategie ochrany:
IS220YTURS1A (primární ochrana): Slouží jako hlavní systém pro ochranu proti překročení rychlosti a plamene.
YPRO (Backup Protection): Poskytuje zcela nezávislou, redundantní vrstvu ochrany proti překročení rychlosti, často s vypínacími mechanismy založenými na firmwaru i hardwaru.
YSIL (Core Safety Protection): Nabízí nejvyšší úroveň integrity bezpečnosti (SIL 3) pro nejkritičtější funkce, jako je ochrana plynového kompresoru.
Konfigurace a uvedení do provozu
Konfigurace IS220YTURS1A se provádí pomocí aplikace ToolboxST.
1. Základní konfigurace
2. Nastavení parametrů ochrany
Nastavené hodnoty vypnutí při překročení rychlosti (např. PR1Setpoint až PR4Setpoint )
Akcelerace/decelerace Trip Enable a Setpoints
Časový interval detekce plamene a prahové limity ( FlameLimitHigh , FlameLimitLow )
Kontrola limitů systému a diagnostické limity rozdílů ( TMR_DiffLimit )
3. Konfigurace propojky (na desce TRPA)
Bezpečnostní certifikace a aplikace
