IS220PPRAH1A er et kritisk I/O-modul i GE Mark VIe-kontrolsystemet, designet til beskyttelse af nødturbine. Den er en del af PPRA-serien og danner, når den kombineres med TREA-klemkort og WREA-optionskort, et fuldstændigt uafhængigt backup-overhastighedsbeskyttelsessystem. Dette system har en Triple Modular Redundant (TMR) arkitektur for at sikre pålidelig turbineudløsningsbeskyttelse, selv i tilfælde af et primært kontrolsystemsvigt.
IS220PPRAH1A inkorporerer et BPPB-processorkort og understøtter seks hastighedsindgangssignaler. Disse indgange kan konfigureres i forskellige grupperinger, så de passer til forskellige turbinekonfigurationer (f.eks. enkeltakslede, toaksede, treakslede enheder). Modulet giver beskyttelsesfunktioner implementeret i både hardware og firmware, herunder registrering af overhastighed, registrering af acceleration/deceleration, overvågning af hovedkontrolsystem og indgangsbehandling af kontakttrip. Det er en kernekomponent til sikring af roterende maskiner såsom gasturbiner og dampturbiner.
Systemarkitektur og kompatibilitet
1. Systemkomponenter
IS220PPRAH1A I/O-modul: Ansvarlig for signalopsamling, logikbehandling og beskyttelsesbeslutninger.
TREA-klemmekort: Giver relæudgange, trip-indgangsgrænseflader og understøtter nødstop (E-stop) og overhastighedsbeskyttelsesfunktioner.
WREA Option Board: Udvider systemkapaciteter med hastighedssignalrepeaterudgange, hvilket øger pålideligheden.
2.Kompatibilitetsnoter
IS220PPRAH1A er en del af PPRA-serien sammen med PPRAS1A- og PPRAS1B-varianterne. Det er dog ikke certificeret i henhold til IEC 61508-standarderne og må derfor ikke bruges i sikkerhedssløjfer, der kræver en SIL-certificering (Safety Integrity Level). Til SIL-certificerede applikationer skal versionerne PPRAS1A eller S1B anvendes. PPRAH1A har et driftstemperaturområde på -30°C til 65°C, hvilket gør den velegnet til generelle industrielle miljøer.
3. Installationskrav
Det skal bruges sammen med et TREA-klemmekort og kræver, at WREA-optionskortet er installeret.
Tre PPRA-moduler skal installeres samtidigt for at danne TMR-systemet; enkelt- eller dual-pack-drift understøttes ikke.
Modulet sættes direkte i TREA-kortet via et DC-62-bensstik og fastgøres med gevindstolper.
Detaljerede kernefunktioner
1. Hastighedsinput og signalbehandling
IS220PPRAH1A accepterer seks hastighedssensorindgange, der kan konfigureres baseret på turbineakselarrangementet:
Tre grupper af to sensorer (to sensorer pr. aksel, op til tre aksler)
To grupper af tre sensorer (tre sensorer pr. aksel, op til to aksler)
Hvert hastighedssignal behandles gennem en High Select- eller Median Select-algoritme for at udsende en enkelt pulsfrekvensværdi, der repræsenterer den faktiske hastighed for hver aksel. Modulet udfører forskelsdetektion mellem sensorer på samme aksel. Hvis forskellen overstiger en konfigurerbar tærskel (f.eks. 25 omdr./min.), genereres en diagnostisk alarm med 'Dobbelt hastighedssensorer mismatch'.
2. Overhastighedsbeskyttelsesfunktion
2.1. Firmware-overhastighedsbeskyttelse
Implementeret i programmerbar logik. Overhastigheds-trip-setpunktet kan hentes fra Signal Space eller fra en lokal konfigurationsværdi.
Understøtter online og offline overhastighedstest. Under test kan trip-setpunktet reduceres midlertidigt (ned til 94 % af den konfigurerede værdi).
Inkluderer en kontrol af sætpunktsaftale; hvis konfigurationsværdien ikke stemmer overens med værdien modtaget fra Signal Space, når hastigheden er nul, erklæres en fejl, og driften er spærret.
2.2. Beskyttelse mod overhastighed af hardware
Implementeret udelukkende i hardwarelogik, uafhængig af processorfirmwaren, med en responstid på mindre end 20 ms.
Sætpunktet for overhastighed indlæses kun, når modulet starter eller er tændt og kan ikke ændres under drift.
Hver af de seks hastighedsindgange overvåges individuelt for hardwareoverhastighed, hvilket sikrer beskyttelse, selvom firmwaren fejler.
Kræver to tilstødende akselomdrejninger for at overskride sætpunktet for at starte en trip, hvilket forhindrer falske trip.
3. Accelerations- og decelerationsbeskyttelse
Modulet beregner realtidshastigheden for ændring af hastigheden (acceleration) og understøtter en konfigurerbar accelerationstrip-tærskel.
Decelerationsbeskyttelsen bruger en fast triptærskel på 100 % pr. sekund og kan ikke konfigureres.
Acceleration beregnes ved at sammenligne to tilstødende hastighedsprøver over en konfigurerbar periode (AccelCalTime, 10-100 ms).
4. Diskret kontaktindgang Trip-funktion
IS220PPRAH1A understøtter fire isolerede diskrete kontaktudløsningsindgange, som kan fungere i to tilstande:
Direkte trip: Indgangssignalet udløser direkte en hardware-trip og omgår firmwarelogik for maksimal hastighed.
Betinget tur: Turhandlingen afhænger af kommunikationstilstanden (indikeret med et netværks-signal). Hvis controllerkommunikationen går tabt, tillades betingede trips automatisk.
Alle kontaktindgange inkluderer et 8 ms de-bounce-filter for at forhindre falske trips på grund af kontaktsnak.
5. Hovedkontrol Watchdog-funktion
Modulet overvåger kontinuerligt et hjerteslagssignal (Device Heartbeat), der leveres af hovedcontrolleren.
Hvis der ikke detekteres nogen ændring i hjerteslagsværdien i fem på hinanden følgende datarammer, låses en kontrol-vagthund-trip.
Hvis hovedcontrolleren genopretter og kommunikerer korrekt i 60 sekunder, nulstilles triptilstanden automatisk.
6. Hastighedsforskel og gammel hastighedsdetektion
Speed Difference Protection: Sammenligner hastigheden beregnet af PPRA (PulseRate1) med hastighedsværdien (Speed1) leveret af hovedcontrolleren. Hvis forskellen overstiger en konfigurerbar procentdel (baseret på RatedRPM_TA) for tre på hinanden følgende prøver, startes en tur.
Forældet hastighedsbeskyttelse: Hvis hastighedsværdien fra hovedcontrolleren (Speed1) forbliver uændret i 100 på hinanden følgende datarammer (hvilket indikerer et tab af signalintegritet), låses en trip. Denne beskyttelse er baseret på princippet om, at et levende hastighedssignal altid udviser mindre variationer ('dithering').
7. Tidssynkronisering og overvågning af rammesynkronisering
Modulet er afhængig af tidssynkronisering på tværs af IONet. Det overvåger synkroniseringsrammenummeret.
Hvis der detekteres grove fejl eller tab af synkronisering (f.eks. rammer uden for rækkefølge), aktiveres en Frame Sync-trip.
Dette sikrer, at PPRA forbliver tidssynkroniseret med hovedcontrolleren, hvilket forhindrer beskyttelsesfejl på grund af kommunikationsforsinkelser.
8. Relæudgange og feedback
IS220PPRAH1A leverer drevsignalerne til tre nødudløsningsrelæer (ETR1–ETR3) og overvåger deres feedbackstatussignaler.
Den kommanderede tilstand for hver relædriver sammenlignes med dens faktiske feedbacktilstand. En uoverensstemmelse genererer en diagnostisk alarm.
En testfunktion gør det muligt at deaktivere hvert relæ individuelt til testformål uden at forårsage systemudkobling.
Operationelle principper og signalflow
Signaltypekonventioner
Slutter med (SS): Signal genereres i PPRA og sendes ud til controllerens signalrum.
Slutter med SS: Signal genereres i controlleren og modtages af PPRA via Signal Space.
Slutter med (IO): Signal genereres i PPRA og udsendes til hardwaren.
Slutter med IO: Signal er en hardwareindgang til PPRA.
Slutter med CFG: Angiver en konfigurationsparameter.
Tripsignalkombination
Alle individuelle tripsignaler (f.eks. overhastighed, acceleration, kontaktindgang, vagthund) kombineres til et enkelt Composite Trip-signal (ComposTrip1), som bruges i relæudgangslogikken. Det er afgørende, at hardwareoverhastigheds- og direkte kontakt-trips har stier, der er implementeret udelukkende i hardware eller programmerbar logik, ikke firmware. Dette sikrer, at en processorfirmwarefejl ikke kan forhindre disse kritiske signaler i at starte en trip.
Fejlsikkert design
Modulet har som standard en 'trip'-tilstand, når strømmen er slukket, under opstart, under en hardwarenulstilling, eller når den ikke er online.
Et hardware watchdog-kredsløb overvåger firmwaredrift. Hvis der opdages en firmwarefejl, udløser det en hardwarenulstilling, som tvinger en tur.
Alle kritiske signaler (hastighed, hjerteslag, billedsynkronisering) inkorporerer timeout- eller uoverensstemmelsesdetektionsmekanismer, der sikrer, at systemet fejler sikkert til en trip-tilstand under unormale omstændigheder.
Konfiguration og diagnostik
Konfigurationsværktøj
Modulet konfigureres ved hjælp af GE's ToolboxST-software. Nøglekonfigurationsparametre omfatter:
Turbinetype (f.eks. gasturbine, dampturbine)
Hastighedsinputgruppering (tre grupper eller to grupper)
Sætpunkter for overhastighed, sætpunkt for acceleration, differensgrænser
Aktiver/deaktiver indstillinger for funktioner som Watchdog, Speed Difference og Stale Speed detektion.
Selvdiagnostik
Power-Up Self-Test: Kontrollerer RAM, flash-hukommelse, Ethernet-porte og processorhardware.
Kontinuerlig overvågning: Overvåger interne strømforsyninger, analoge feedbackstrømme og relækommando/feedback-tilstande.
Elektronisk ID-bekræftelse: Kontrollerer, at modulet, terminalkortet og optionskortets hardware er kompatible og matcher den indlæste applikationskode.
Statusindikator LED'er
Modulets frontplade har seks status-LED'er:
RUN: Grøn, når relæerne er aktiveret (Run), Rød, når relæerne er afbrudte (Trip).
ESTP: Grøn når nødstopindgangen (hvis understøttet) er i køretilstand, rød når nødstop er aktiv.
OSPD: Rød, når en overhastighedstilstand registreres og låses.
WDOG: Rød, når en tur baseret på vagthund-funktioner (Control Watchdog, Speed Difference osv.) er aktiv.
SIL: PPRAH1A understøtter ikke SIL-funktionalitet; denne LED er ikke anvendelig.
KREA: Grøn angiver, at der er detekteret strøm på KREA-undermodulet.
