GE IS220PPROS1B TMR Backup Protection I/O-Modul

Das IS220PPROS1B ist ein Triple Modular Redundant (TMR) Backup Protection I/O-Modul innerhalb des Mark VIe-Steuerungssystems von GE, das für Gasturbinen, Dampfturbinen und andere rotierende Maschinen entwickelt wurde. Es dient als unabhängige, vom primären Steuerungssystem getrennte Backup-Schutzschicht und bietet Funktionen wie Übergeschwindigkeitsschutz, Synchronisationsprüfung, Hauptsteuerungsüberwachung und Notauslösung. Dies gewährleistet eine sichere Abschaltung im Falle eines Ausfalls des primären Steuerungssystems und verhindert so Geräteschäden und katastrophale Vorfälle.

Der IS220PPROS1B ist eine sicherheitszertifizierte Version, die der Norm IEC 61508 entspricht und für industrielle Anwendungen geeignet ist, die eine Zertifizierung gemäß IEC 61511 für sicherheitsinstrumentierte Schleifen erfordern. Sein Design legt Wert auf die Unabhängigkeit von Hardware und Software und gewährleistet, dass die Schutzfunktionen unabhängig vom Status des primären Steuerungssystems betriebsbereit bleiben.

Systemarchitektur und Hardwarezusammensetzung

1 Hardware-Struktur

• Prozessorplatine: Verwendet eine BPPC-Prozessorplatine, unterstützt von der ControlST-Software V04.07 und höher.

• Anwendungsplatine (BPRO): Enthält anwendungsspezifische Hardwareschaltungen für Funktionen wie Übergeschwindigkeitserkennung, Relaisansteuerung und Impulssignalverarbeitung.

• Klemmbretter: Können direkt auf den Klemmbrettern SPRO, TPROS#C, TPROH#C oder TREA montiert werden.

• Kommunikationsschnittstelle: Stellt über Ethernet-Ports eine Verbindung zum IONet her, um Daten mit dem Hauptcontroller auszutauschen.

2 Systemkonfigurationsoptionen

• TMR-Konfiguration: Drei PPRO-Module sind jeweils mit den R-, S- und T-Controller-Netzwerken verbunden und implementieren eine 2-aus-3-Abstimmungslogik.

• Simplex-Konfiguration: Geeignet für die Verwendung mit der TRES-Klemmenplatine, bei der ein PPRO-Modul zwei Controller (R und S) überwacht.

• Eigenständige Konfiguration: Die TREA-Klemmenplatine ermöglicht die direkte Montage von drei PPRO-Modulen, sodass keine externe Verkabelung zwischen den Platinen erforderlich ist.

Kernfunktionen und Betriebsprinzipien

1 Übergeschwindigkeitsschutz
Der IS220PPROS1B bietet drei Ebenen des Übergeschwindigkeitsschutzes: Steuerung, Primär und Notfall. Die Notfallstufe wird vom PPRO selbstständig durchgeführt und umfasst:

• Hardware-Übergeschwindigkeitsschutz:

• Verwendet von der Software unabhängige Hardwarelogik zur Erkennung von Übergeschwindigkeiten.

• Der Auslösesollwert ( OSHW_Setpoint ) wird nur während des Modulstarts geladen, um sicherzustellen, dass er nicht durch Laufzeitsoftwarefehler beeinträchtigt wird.

• Es sind zwei aufeinanderfolgende Wellenumdrehungen erforderlich, um den Sollwert zu überschreiten und eine Abschaltung auszulösen. Die Reaktionszeit beträgt bei normaler Betriebsgeschwindigkeit typischerweise weniger als 60 ms.

• Firmware-Übergeschwindigkeitsschutz:

• Führt Echtzeitberechnungen basierend auf drei Geschwindigkeitssignalen (HP, IP, LP) durch.

• Unterstützt den ratenbasierten Übergeschwindigkeitsschutz (RBOS), der den Übergeschwindigkeits-Auslösesollwert basierend auf der aktuellen Wellenbeschleunigung dynamisch anpasst.

• RBOS-Funktion (nur PPROS1B):

• Ermöglicht Benutzern die Definition einer Reaktionskurve mithilfe von fünf Beschleunigungs-/RPM-Sollwert-Haltepunkten.

• Mit zunehmender Wellenbeschleunigung sinkt der RBOS-gesteuerte Überdrehzahlsollwert, was eine frühere Auslösung bei hohen Beschleunigungsbedingungen ermöglicht.

2 Synchronisationsprüffunktion

• Überwacht Generator- und Busspannung, Frequenz und Phasenwinkel über zwei Potentialtransformator-Eingänge (PT).

• Aktiviert das K25A-Relais, um das Schließen des Leistungsschalters zu ermöglichen, wenn die Bedingungen innerhalb konfigurierbarer Grenzen für Spannungsdifferenz, Frequenzdifferenz (Schlupf) und Phasenwinkeldifferenz liegen.

• Beinhaltet eine Bypass-Funktion für die Schließung toter Busse.

3 Hauptsteuerungs-Watchdog

• Überwacht den Zustand des primären Controllers über ein Heartbeat-Signal ( DEVICE_HB ), das über das IONet empfangen wird.

• Löst einen Trip aus, wenn der Heartbeat fünf aufeinanderfolgende Datenrahmen ausbleibt.

• Unterstützt die Überwachung von zwei Hauptcontrollern; Ein funktionsfähiger Controller reicht aus, um eine Auslösung zu verhindern.

4 Weitere Schutzfunktionen

• Geschwindigkeitsdifferenzerkennung: Löst aus, wenn die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitssignal der Primärsteuerung und der berechneten Geschwindigkeit des PPRO bei drei aufeinanderfolgenden Abtastungen einen konfigurierten Schwellenwert überschreitet.

• Erkennung veralteter Geschwindigkeit: Löst aus, wenn sich das Geschwindigkeitssignal vom Hauptcontroller über einen längeren Zeitraum (100 Frames) nicht mehr ändert (zittert), was auf einen möglichen Verlust der Signalintegrität hinweist.

• Erkennung blockierter LP-Welle: Wird ausgelöst, wenn die HP-Welle Drehzahl hat, während die LP-Welle auf Nulldrehzahl bleibt.

• Diskrete Kontakteingangsauslösungen: Sieben isolierte Kontakteingänge unterstützen entweder die direkte (Hardware-basierte) oder bedingte (Firmware-Logik-basierte) Auslösung.

• E-Stop (Notstopp): Überwacht externe Not-Stopp-Signale und leitet eine Querauslösung zur Primärsteuerung ein.

5 Relaisausgänge und Rückmeldung

• Notauslöserelais (ETR1–ETR3): Steuern die Auslösemagnete.

• Sparrelais (KE1–KE3): Fügen Sie nach dem Ansprechen einen Reihenwiderstand in den Magnetkreis ein, um den Haltestrom zu reduzieren.

• Servo Suicide Relay (K4CL): Zwingt das Schließen von Kraftstoff- oder Dampfventilen (üblich in Simplex-Systemen).

• Synchronisierungsprüfrelais (K25A): Steuert den Schließbefehl des Generatorleistungsschalters.

Hauptunterschiede: IS220PPROS1B vs. IS220PPROH1A

Typische Anwendungen

• Gasturbinen (Einwellen-/Zweiwellenturbinen)

• Dampfturbinen (groß, mittel, klein)

• Kombikraftwerke (STAG-Konfiguration)

• Industrielle Anwendungen, die die Einhaltung der Sicherheitsintegritätsstufen SIL 2/SIL 3 erfordern.