Der IS220YTURS1A ist ein wichtiges I/O-Paket innerhalb des Mark VleS-Sicherheitskontrollsystems, das speziell für den primären Turbinenschutz entwickelt wurde. Es handelt sich um ein anwendungsspezifisches I/O-Modul, das in Verbindung mit kompatiblen Anschlussplatinen (wie TTUR, TRPA, TRPG) arbeitet, um Turbinen (Gas oder Dampf) zu überwachen und vor kritischen Gefahren wie Überdrehzahl und Flammenausfall zu schützen. Seine Hauptfunktion besteht darin, ein sicheres Abschalten der Anlage bei Erkennung gefährlicher Zustände sicherzustellen.
Das Modul ist gemäß der funktionalen Sicherheitsnorm IEC 61508 konzipiert und zertifiziert. Es kann Folgendes erreichen:
SIL 2 in Hardware Fault Tolerance (HFT) = 0 Architekturen (z. B. 1oo1, 2oo2).
SIL 3 in HFT = 1-Architekturen (z. B. 1oo2, 2oo3).
Es eignet sich sowohl für den Einsatz im Low-Demand- als auch im High-Demand-/Dauerbetriebsmodus.
Schlüsselfunktionen
1. Geschwindigkeitsüberwachung und Übergeschwindigkeitsschutz
Der IS220YTURS1A unterstützt bis zu vier passive magnetische Geschwindigkeitssensoreingänge mit einem Frequenzbereich von 2 Hz bis 20.000 Hz.
Jeder Eingangskanal kann unabhängig für verschiedene Anwendungen konfiguriert werden (z. B. Durchfluss, Geschwindigkeit, Geschwindigkeit_Hoch, Geschwindigkeit_Niedrig).
Es beinhaltet einen schnellen Algorithmus zur Erkennung von Übergeschwindigkeiten mit konfigurierbarer Auslöselogik, z. B. Auslösung auf einem einzelnen Kanal ( PR_Single ) oder auf dem Maximalwert mehrerer Kanäle ( PR_Max ).
Zum Schutz vor plötzlichen, gefährlichen Änderungen der Wellengeschwindigkeit stehen konfigurierbare Beschleunigungs- und Verzögerungsauslösefunktionen zur Verfügung.
2. Flammenerkennung
Es akzeptiert Eingaben von bis zu acht Flammenmeldern (z. B. vom Typ Geiger-Müller).
Die Flammenerkennungsschaltung interpretiert Spannungsimpulse über 2,5 V als logisch hoch, was auf das Vorhandensein einer Flamme hinweist. Die Pulsfrequenz wird von einem Zähler über ein vom Benutzer konfigurierbares Zeitintervall (Vielfaches von 40 ms) gemessen.
Der sichere Zustand für die YTUR-Flammenerkennungsschaltung ist als „Flamme vorhanden“ definiert. Ein Verlust des Flammensignals stellt den unsicheren Zustand dar, der eine Schutzmaßnahme auslöst. Es ist nicht für Anwendungen gedacht, bei denen die erkannte Flamme einen unsicheren Zustand darstellt.
3. Steuerung des elektrischen Auslösers (ETD).
Der IS220YTURS1A treibt überwachte Auslöserelaisausgänge an, um mit elektrischen Auslösegeräten (ETDs) zu kommunizieren, die normalerweise die Stromversorgung zu Auslösemagneten unterbrechen und so eine mechanische Abschaltung einleiten.
In einer Triple Modular Redundant (TMR)-Konfiguration sind die Ausgänge von drei YTUR-Paketen mit einer Klemmenplatine (wie TRPG oder TRPA) verbunden, die eine Hardware-Voting-Schaltung (z. B. 2-von-3-Voting) implementiert, um sicherzustellen, dass ein einzelner Fehler nicht eine Auslösung verhindert.
4. Not-Aus-Eingang (E-Stop).
Ein dedizierter Not-Aus-Eingang bietet einen hardwarebasierten Notabschaltpfad. Bei Aktivierung kann es die Auslöserelais direkt abschalten.
Dieses Not-Aus-Signal kann auch so konfiguriert werden, dass es andere Schutzsysteme wie den YPRO-Backup-Übergeschwindigkeitsschutz übersteuert und so einen systemweiten Schutz gewährleistet.
5. Nicht sicherheitszertifizierte Funktionen (nicht störend)
Generatorsynchronisierung und Leistungsschaltersteuerung: Bietet nicht sicherheitsrelevante Funktionen zur Synchronisierung eines Generators mit dem öffentlichen Stromnetz und zur Steuerung des Hauptleistungsschalters.
Überwachung der Wellenspannung und des Wellenstroms: Überwacht die induzierte Wellenspannung und den induzierten Wellenstrom, um Schäden durch Wellenströme zu verhindern. Dies ist jedoch nicht Teil der Sicherheitsfunktion.
Überwachung des Potenzialtransformators (PT): Überwacht Generator- und Busspannungssignale von Potenzialtransformatoren für nicht sicherheitsrelevante Steuerungs- und Überwachungszwecke.
Systemarchitektur und Funktionsprinzip
1. Hardware-Architektur
Der IS220YTURS1A fungiert als Schlüsselkomponente innerhalb der größeren Mark VleS-Architektur. Sein Signalweg besteht aus drei Hauptteilen:
Klemmenplatine (TTUR/TRPA/TRPG): Stellt die physische Schnittstelle für die Feldverkabelung bereit und bietet Funktionen wie Überspannungsschutz, Signalauffächerung (für TMR-Eingänge) und Ausgangsabstimmung (für TMR-Ausgänge).
I/O-Paket (YTURS1A): Das Modul selbst, das eine gemeinsame Prozessorplatine und eine einzigartige Datenerfassungsplatine enthält. Es digitalisiert Signale, führt Schutzalgorithmen aus und übernimmt die Kommunikation.
IONet: Ein proprietäres, geschlossenes Ethernet-Netzwerk, das für die Kommunikation zwischen den I/O-Paketen und den Mark VleS Safety-Controllern verwendet wird. I/O-Pakete senden in jedem Frame Multicast-Eingabedaten an die Controller, und Controller senden Ausgabedaten zurück an die I/O-Pakete.
In einem TMR-System werden drei IS220YTURS1A-Module (R, S, T) verwendet. Jedes Modul verarbeitet die aufgefächerten Eingänge selbstständig. Anschließend führen die Controller eine Medianauswahl der Geschwindigkeitssignale und eine Mehrheitsabstimmung (2 von 3) über die Gesundheits- und Auslöseentscheidungen durch, um den kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen, selbst wenn ein ganzer Kanal ausfällt.
2. Signalverarbeitungs- und Steuerungsworkflow
Eingangserfassung: Feldsignale (Geschwindigkeit, Flamme, Not-Aus usw.) werden an die Klemmenleiste angeschlossen, die sie aufbereitet und an das/die YTURS1A-Modul(e) weiterleitet.
Signalverarbeitung: Der YTURS1A digitalisiert die analogen Signale und führt seine eingebetteten Firmware-Algorithmen aus. Für Geschwindigkeitseingaben wird die Drehzahl berechnet. Bei Flammeneingängen bestimmt es den Status „Flamme ein/Flamme aus“ anhand der Impulszählungen.
Schutzlogik: Das Modul vergleicht kontinuierlich die verarbeiteten Werte (z. B. Geschwindigkeit, Beschleunigung) mit den konfigurierten Auslösesollwerten. Es überwacht auch den Zustand seiner eigenen Hardware und Eingangssignale.
Ausgangsaktion: Wenn eine Auslösebedingung erfüllt ist (z. B. Übergeschwindigkeit) oder ein kritischer Fehler erkannt wird, schaltet der YTURS1A seine sicherheitszertifizierten Auslöserelaisausgänge sofort ab. Diese Aktion wird lokal im I/O-Paket ausgeführt, ohne dass ein Befehl vom Hauptcontroller erforderlich ist, wodurch eine sehr schnelle Reaktionszeit gewährleistet wird.
Systemkommunikation: Gleichzeitig kommuniziert der YTURS1A den Status aller Eingänge, Ausgänge und seine internen Diagnosedaten über das IONet an die Mark VleS-Controller zur Überwachung, Alarmierung und HMI-Anzeige auf Systemebene.
3. Gesundheitsüberwachung und Diagnoseabdeckung
Der IS220YTURS1A verfügt über umfangreiche integrierte Diagnosefunktionen zur Erkennung von Hardwarefehlern, Kommunikationsverlusten und Stromversorgungsproblemen.
Im Mark VleS-System ist jeder von der E/A abgeleiteten Variablen ein Gesundheitsstatus zugeordnet. Dieser Zustand ist eine Kombination aus Punktzustand (aus der Selbstdiagnose des I/O-Pakets) und Linkzustand (aus der Validierung der IONet-Kommunikationsintegrität durch den Controller).
Anwendungscode kann den Zustand kritischer Variablen mithilfe des Funktionsblocks VAR_HEALTH überwachen, sodass die Sicherheitslogik geeignete Maßnahmen ergreifen kann, wenn ein Eingang als fehlerhaft eingestuft wird (z. B. Auswahl eines redundanten Sensors, Auslösen eines Alarms).
Die Branding-Funktion des Systems gewährleistet die Konfigurationsintegrität. Sobald die Anwendung getestet und mit einem Branding versehen wurde, löst jede unbefugte Änderung des Codes, der Konstanten oder der Hardware einen Diagnosealarm aus.
4. Integration mit YPRO und YSIL für mehrschichtigen Schutz
Der IS220YTURS1A ist häufig Teil einer mehrschichtigen Schutzstrategie:
IS220YTURS1A (Primärschutz): Dient als Hauptsystem für Übergeschwindigkeits- und Flammenschutz.
YPRO (Backup Protection): Bietet eine völlig unabhängige, redundante Übergeschwindigkeitsschutzschicht, häufig mit sowohl Firmware- als auch Hardware-basierten Auslösemechanismen.
YSIL (Core Safety Protection): Bietet das höchste Maß an Sicherheitsintegrität (SIL 3) für die kritischsten Funktionen, wie z. B. den Schutz von Gaskompressoren.
Konfiguration und Inbetriebnahme
Die Konfiguration des IS220YTURS1A erfolgt mit der ToolboxST-Anwendung.
1. Grundkonfiguration
2. Einstellungen der Schutzparameter
Übergeschwindigkeits-Auslösesollwerte (z. B. PR1Setpoint bis PR4Setpoint )
Beschleunigungs-/Verzögerungsauslösung und Sollwerte
Zeitintervall und Schwellenwerte für die Flammenerkennung ( FlameLimitHigh , FlameLimitLow )
Systemgrenzwertprüfungen und diagnostische Differenzgrenzwerte ( TMR_DiffLimit )
3. Jumper-Konfiguration (auf TRPA-Platine)
Sicherheitszertifizierung und Anwendungen
