Das IS200VAICH1C ist eine analoge Eingabe-/Ausgabeplatine, die von General Electric (GE) für sein Mark VI™-Steuerungssystem entwickelt wurde. Bei diesem Board handelt es sich um eine frühe Version der VAIC-Serie (einschließlich aller Versionen bis einschließlich VAICH1C), die hauptsächlich für die Verarbeitung analoger Signalerfassung und -ausgabe verwendet wird. Es ist ein unverzichtbares I/O-Modul in Steuerungssystemen für Gasturbinen und Dampfturbinen.
Die IS200VAICH1C-Karte akzeptiert 20 analoge Eingänge und steuert 4 analoge Ausgänge. Es funktioniert in Verbindung mit zwei TBAI-Klemmenplatinen, die jeweils 10 Eingänge und 2 Ausgänge bieten. Über Kabel mit der VAIC-Prozessorplatine im VME-Rack verbunden, werden Eingangssignale aufbereitet, gemultiplext und A/D-gewandelt. Anschließend werden sie über die VME-Backplane an die VCMI-Karte und schließlich an den Controller übertragen. Für Ausgänge wandelt der VAIC digitale Werte in analoge Ströme um und treibt externe Lasten über die Klemmenplatine an.
Der IS200VAICH1C unterstützt sowohl Simplex- als auch dreifach modular redundante (TMR) Anwendungen. In einer TMR-Konfiguration werden Eingangssignale auf der Klemmenplatine auf drei VME-Racks (R, S, T) aufgefächert, die jeweils einen VAIC enthalten. Die Ausgänge werden über eine proprietäre Schaltung angesteuert, bei der alle drei VAICs dazu beitragen, den gewünschten Strom zu erzeugen. Fällt eine Platine aus, erzeugen die verbleibenden beiden Platinen weiterhin den korrekten Ausgangsstrom.
Als letzte Version der ursprünglichen VAIC-Generation unterscheidet sich der IS200VAICH1C von nachfolgenden Versionen (z. B. VAICH1D) hauptsächlich in der Ausgangsansteuerfähigkeit: Bei der Ansteuerung von 20-mA-Ausgängen unterstützt er einen maximalen Lastwiderstand von 500 Ω (unter Verwendung von 1000 Fuß #18-Draht). Es erfordert den Betrieb mit TBAIH1B oder früheren Versionen von Anschlussplatinen und ist außerdem mit allen Revisionen von DTAI-Anschlussplatinen kompatibel.
Die Karte verfügt über umfassende Diagnosefunktionen, einschließlich Eingangsgrenzprüfungen, Ausgangsüberwachung und Relaisstatusprüfungen, mit Statusanzeige über LEDs auf der Vorderseite. Darüber hinaus integriert die VAIC-Firmware Algorithmen zur Erkennung von Strömungsabrissen des Gasturbinenkompressors, die Strömungsabrissvorläufer in Echtzeit mit einer Abtastrate von 200 Hz überwachen und innerhalb von 30 ms einen Abschaltschutz auslösen.
II. Hauptfunktionen
Zu den Hauptfunktionen des IS200VAICH1C gehören unter anderem die folgenden:
1. Analogeingangserfassung
Die Karte akzeptiert 20 analoge Eingänge über zwei TBAI-Klemmenplatinen. Die Eingangstypen sind über Jumper auf der Klemmenplatine wählbar und unterstützen:
Eingangsschaltkreise verfügen über eine Rauschunterdrückung, einschließlich Hardware-Filtern und konfigurierbarer Software-Tiefpassfilter zum Schutz vor Überspannungen und hochfrequentem Rauschen. Die ersten 10 Eingänge (über J3-Stecker) verfügen über einen einpoligen Hardwarefilter mit einer Unterbrechungsfrequenz von 500 rad/s. Die zweiten 10 Eingänge (über J4-Stecker) verfügen über einen zweipoligen Hardwarefilter mit Pausenfrequenzen von 72 rad/s und 500 rad/s.
2. Analogausgangssteuerung
Das Board stellt 4 analoge Ausgänge zur Verfügung. Zwei sind fest auf 4–20 mA eingestellt, die anderen beiden können für 4–20 mA oder 0–200 mA konfiguriert werden. Ausgangsschaltkreise verfügen außerdem über Rauschunterdrückung und nutzen eine patentierte redundante Antriebstechnik: In TMR-Systemen wird jeder Ausgang von drei VAICs gemeinsam angesteuert. Der tatsächliche Ausgangsstrom wird mit einem Reihenwiderstand gemessen, der die Spannung an jeden VAIC zurückführt. Die resultierende Ausgabe ist der Mittelwert der drei Ströme. Fällt eine Platine aus, wird deren Ausgang unterbrochen und die verbleibenden beiden Platinen erzeugen weiterhin den korrekten Ausgang.
3. Kompressorstillstandserkennung
Die VAIC-Firmware umfasst eine Funktion zur Erkennung des Abwürgens von Gasturbinenkompressoren, die die ersten vier analogen Eingänge mit 200 Hz scannt. Es stehen zwei wählbare Algorithmen zur Verfügung:
Der Algorithmus überwacht den Kompressoraustrittsdruck (PS3) und seine Änderungsrate (dPS3dt) und vergleicht sie mit konfigurierbaren Abwürgeparametern (KPS3-Konstanten), um festzustellen, ob ein Abwürgen unmittelbar bevorsteht. Nach der Auslösung gibt der VAIC innerhalb von 30 ms ein Auslösesignal aus, wodurch die Steuerung alle Kraftstoffabsperrventile (FSOVs) abschaltet.
4. Eingangs-/Ausgangssignalkonditionierung
Alle Eingangs- und Ausgangskanäle sind mit Signalaufbereitungsschaltungen ausgestattet, einschließlich Filterung, Verstärkung und Isolierung. Die Eingänge nutzen einen 16-Bit-A/D-Wandler mit 14-Bit-Auflösung und erreichen so eine Messgenauigkeit von besser als 0,1 % des Skalenendwerts. Die Ausgänge nutzen einen 12-Bit-D/A-Wandler mit einer Genauigkeit von 0,5 %.
5. Fehlerdiagnose und Selbsttest
Das Board verfügt über umfangreiche Diagnosefunktionen:
Jeder Analogeingang verfügt über eine Hardware-Grenzwertprüfung (voreingestellte, nicht konfigurierbare Hoch-/Tiefpegel nahe den Enden des Betriebsbereichs). Bei Überschreitung dieser Grenzwerte wird das Scannen dieses Kanals gestoppt und ein zusammengesetzter Diagnosealarm, L3DIAG_VAIC, generiert.
Jeder Eingang verfügt über konfigurierbare Software-Systemgrenzwertprüfungen, die zur Generierung von Alarmen verwendet und als selbsthaltend oder nicht selbsthaltend konfiguriert werden können.
In TMR-Systemen wird jedes Eingangssignal auf Abweichung vom Medianwert überwacht. Das Überschreiten eines voreingestellten Grenzwerts erzeugt einen Fehler und bietet eine frühzeitige Warnung vor möglichen Kanalproblemen.
D/A-Ausgänge, Ausgangsströme, Gesamtstrom, Selbstmordrelais und 20/200-mA-Skalierungsrelais werden auf Angemessenheit überwacht.
Das ID-Gerät auf der Klemmenplatine wird vom VAIC abgefragt. Eine Nichtübereinstimmung führt zu einem Hardware-Inkompatibilitätsfehler.
6. Statusanzeige
Auf der Vorderseite befinden sich drei LED-Anzeigen:
RUN (Grün): Blinkt im Normalbetrieb.
FAIL (Rot): Ständiges Leuchten weist auf einen Platinenfehler hin.
STATUS (Orange): Leuchtet konstant, wenn ein Diagnosealarmzustand vorliegt (normalerweise aus).
III. Systemanwendungen
1. Anwendung im Mark VI-Steuerungssystem
Die IS200VAICH1C ist die zentrale analoge I/O-Verarbeitungsplatine im Mark VI-Steuerungssystem, die häufig in der Prozesssteuerung, dem Schutz und der Überwachung von Gasturbinen und Dampfturbinen eingesetzt wird. Zu seinen Rollen innerhalb des Systems gehören:
Prozessparametererfassung: Erfasst analoge Signale von Sensoren, die Temperatur, Druck, Durchfluss, Geschwindigkeit usw. messen, und wandelt sie in digitale Werte zur Verwendung durch die Steuerung um.
Aktorsteuerung: Gibt 4-20-mA- oder 0-200-mA-Signale aus, um Ventilstellungsregler, Servoventile, Frequenzumrichter und andere Aktoren anzutreiben.
Strömungsabrissschutz: Überwacht den Austrittsdruck des Kompressors in Echtzeit, erkennt Strömungsabrissvorläufer schnell und löst eine Notabschaltung aus, um Turbomaschinen zu schützen.
Redundante E/A: Bietet in TMR-Systemen dreifach redundante analoge Ein- und Ausgänge und stellt so sicher, dass der Systembetrieb nicht durch einzelne Ausfälle beeinträchtigt wird.
2. Simplex- und TMR-Systemkonfigurationen
Simplex-System: Verwendet eine IS200VAICH1C-Karte und zwei TBAI-Klemmenkarten. Eingangssignale sind direkt verbunden und Ausgänge werden vom einzelnen VAIC gesteuert.
TMR-System: Verwendet drei IS200VAICH1C-Karten (befindet sich jeweils in R-, S- und T-Racks) und zwei TBAI-Klemmenkarten. Die Eingangssignale werden am Klemmbrett parallel auf die drei Baugruppenträger aufgefächert. Ausgänge nutzen Median-Select-Redundanz, wobei jeder VAIC einen Teil des Stroms beisteuert. Die Gesamtleistung ist der Median der drei. Fällt eine Platine aus, übernehmen automatisch die verbleibenden beiden.
3. Typische Anwendungsszenarien
Gasturbinensteuerung: Steuerung der Kompressoreinlassleitschaufel, Kraftstoffsteuerung, Überwachung der Abgastemperatur, Strömungsabrissschutz.
Dampfturbinensteuerung: Reglerventilsteuerung, Dampfdruck-/Temperaturüberwachung.
Generatorerregung: Überwachung der Erregerspannung/-strom.
Industrielle Prozesskontrolle: Erfassung und Steuerung von Druck, Durchfluss, Füllstand usw.
IV. Detaillierte Schnittstellenbeschreibung
1. Klemmenbrettschnittstelle
Der IS200VAICH1C wird über zwei 50-polige Kabelanschlüsse (J3 und J4) an zwei TBAI-Klemmenplatinen angeschlossen. Jede Klemmenplatine verfügt über 10 Eingänge und 2 Ausgänge. Jumper auf der Klemmenplatine wählen den Eingangstyp (Strom/Spannung) und den Ausgangsbereich (20/200 mA).
2. Backplane-Schnittstelle
Die Karte kommuniziert über den VME-Backplane-Anschluss mit der VCMI-Karte und anderen Karten, überträgt digitalisierte Eingabedaten und empfängt Ausgabebefehle. Die Rückwandplatine stellt außerdem 24 V Gleichstrom zur Versorgung externer Sender bereit (über die Klemmenplatine).
3. Anzeigen auf der Vorderseite
| LED- |
Farbe |
Normaler Zustand |
Anormaler Zustand |
| LAUFEN |
Grün |
Blinkt |
Aus oder dauerhaft leuchtend bedeutet, dass die Platine nicht läuft |
| SCHEITERN |
Rot |
Aus |
Ständiges Leuchten weist auf einen Platinenfehler hin |
| STATUS |
Orange |
Aus |
Ständiges Leuchten zeigt an, dass ein Diagnosealarm vorliegt |
4. Diagnosefunktionsschnittstelle
Detaillierte Diagnoseinformationen, einschließlich des Grenzstatus jedes Eingangskanals, Ausgangsstromwerte, Relaisstatus und TMR-Abweichungen, können über die Toolbox-Software ausgelesen werden.
V. Diagnose und Wartung
1. Liste der Diagnosefunktionen
| Fehlercodebeschreibung |
Mögliche |
Ursache |
| 2 |
CRC-Fehler im Flash-Speicher |
Firmware-Programmierfehler (Karte geht nicht online) |
| 3 |
CRC-Fehlerüberbrückung ist aktiv |
Firmware-Fehler, aber Board online zugelassen |
| 16 |
Die Überprüfung der Systemgrenzen ist deaktiviert |
Systemprüfung durch Konfiguration deaktiviert |
| 17 |
Fehler bei der Board-ID |
Fehler am ID-Chip auf der VME-E/A-Platine |
| 18 |
J3-ID-Fehler |
Defekter ID-Chip am J3-Anschluss oder Kabelproblem |
| 19 |
J4-ID-Fehler |
Defekter ID-Chip am J4-Anschluss oder Kabelproblem |
| 24 |
Firmware-/Hardware-Inkompatibilität |
Angeschlossener Klemmenbretttyp wird nicht unterstützt |
| 30-31 |
Konfigurations-/IO-Kompatibilitätscode stimmt nicht überein |
tre-Datei ist mit der Firmware nicht kompatibel |
| 32-65 |
Analogeingang [#] fehlerhaft |
Fehler bei der Stromversorgung des Wandlers, defekter Wandler, Unterbrechung oder Kurzschluss |
| 66-69 |
Ausgang [#] Einzelstrom zu hoch |
Platinenversagen |
| 70-73 |
Der Gesamtstrom des Ausgangs [#] weicht von der Referenz ab |
Platinenfehler oder offene Last |
| 74-77 |
Ausgang [#] Referenzstromfehler |
Ausfall des D/A-Wandlers |
| 78-81 |
Ausgang [#] einzelner Strom fehlerhaft |
Der Simplex-Modus liegt derzeit außerhalb der zulässigen Grenzen |
| 82-85 |
Ausgang [#] Selbstmordrelais nicht funktionsfähig |
Relais- oder Treiberfehler |
| 86-89 |
Ausgang [#] 20/200-mA-Auswahl nicht funktionsfähig |
Die Konfiguration stimmt nicht mit der Relaisrückmeldung überein |
| 90-93 |
Ausgabe [#] Selbstmord aktiv |
TMR-Systemausgang einer Platine nicht angeschlossen |
| 94-95 |
J3/J4-Klemmenplatine ist mit der Konfiguration nicht kompatibel |
Falscher Klemmenbretttyp |
| 128-223 |
Logiksignal [#] stimmt nicht überein |
Das Eingangssignal weicht vom Median ab |
| 224-249 |
Eingangssignal Nr. stimmt nicht überein |
Das angegebene Signal weicht um mehr als TMR Diff Limit vom Median ab |
2. Wartungsempfehlungen
Überprüfen Sie regelmäßig Diagnosealarme über die Toolbox und beheben Sie Anomalien umgehend.
Stellen Sie sicher, dass die Jumper auf der Klemmenleiste mit den tatsächlichen Sensortypen übereinstimmen.
Überwachen Sie in TMR-Systemen die Status-LEDs auf jeder Platine und ersetzen Sie fehlerhafte Platinen umgehend.
Achten Sie beim Austausch der Platinen auf Kompatibilität: VAICH1C muss TBAIH1B oder frühere Klemmenplatinen verwenden.
VI. Kompressorstillstandserkennung
1. Algorithmusübersicht
Die VAIC-Firmware umfasst zwei Blockierungserkennungsalgorithmen, die die ersten vier Eingänge mit 200 Hz scannen:
Algorithmus für kleine LM-Gasturbinen: Verwendet zwei Druckwandler (z. B. PS3A, PS3B).
Algorithmus für Hochleistungsgasturbinen: Verwendet drei Druckwandler (z. B. PS3A, PS3B, PS3C).
Der Algorithmus überwacht den Kompressorauslassdruck (PS3) und seine Änderungsrate (dPS3dt) und vergleicht sie mit konfigurierbaren Abschaltparametern. Zu den Parametern gehören:
| Variablenbeschreibung |
|
| PS3I |
Anfänglicher PS3-Wert |
| KPS3_Drop_S |
Steigung der Linie für PS3I im Vergleich zu dPS3dt |
| KPS3_Drop_I |
Schnittpunkt der Linie für PS3I im Vergleich zu dPS3dt |
| KPS3_DROP_Mn |
Mindestwert für PS3I im Vergleich zu dPS3dt |
| KPS3_DROP_Mx |
Maximalwert für PS3I im Vergleich zu dPS3dt |
| KPS3_Delta_S |
Steigung der Linie für PS3I im Vergleich zum Delta-PS3-Abfall |
| KPS3_Delta_I |
Schnittpunkt der Linie für PS3I im Vergleich zum Delta-PS3-Drop |
| KPS3_Delt_Mx |
Maximalwert für PS3I im Vergleich zum Delta-PS3-Drop |
2. Auslösung und Schutz
Wenn der Algorithmus einen Abwürgevorläufer erkennt, gibt der VAIC innerhalb von 30 ms ein Kompressor-Stallauslösesignal (CompStall) aus. Dieses Signal wird an die Steuerung gesendet, um alle Kraftstoffabsperrventile (FSOVs) zu schließen und so eine Notabschaltung durchzuführen. Die Empfindlichkeit der Stall-Erkennung kann über Konfigurationsparameter angepasst werden.
VII. Kompatibilität und Konfiguration
1. Kompatibilität der Klemmenplatine
Der IS200VAICH1C gehört zur ursprünglichen VAIC-Generation und muss mit den folgenden Klemmbrettern verwendet werden:
Inkompatible Klemmenbretter: TBAIH1C und höher (diese sind für VAICH1D konzipiert und unterstützen höhere Lasten).
2. Konfigurationsmethoden
Auswahl des Eingangstyps über Steckbrücken auf der Klemmenplatine.
Ausgangsbereich (20/200 mA) wählbar über Klemmbrettbrücken.
Stall-Erkennungsparameter, Systemgrenzen, TMR-Abweichungsgrenzen usw., konfiguriert über die Toolbox-Software.
Filterparameter, Alarmfreigaben etc., ebenfalls per Software konfigurierbar.
3. Firmware- und Hardware-Matching
Der ID-Chip auf der Platine speichert Informationen zum Platinentyp und zur Revision, die vom System gelesen werden, um die Hardwarekompatibilität sicherzustellen. Überprüfen Sie beim Austausch einer Platine, ob die Modellnummer übereinstimmt, und aktualisieren Sie die Konfigurationsdatei (tre-Datei), damit sie mit der Firmware-Version übereinstimmt.
