El IS220PPRAH1A es un módulo de E/S crítico dentro del sistema de control GE Mark VIe, diseñado para protección de emergencia de turbinas. Es parte de la serie PPRA y, cuando se combina con la placa de terminales TREA y la placa opcional WREA, forma un sistema de respaldo de protección contra sobrevelocidad totalmente independiente. Este sistema cuenta con una arquitectura Triple Modular Redundante (TMR) para garantizar una protección confiable contra el disparo de la turbina incluso en caso de una falla del sistema de control primario.
El IS220PPRAH1A incorpora una placa de procesador BPPB y admite señales de entrada de seis velocidades. Estas entradas se pueden configurar en diferentes agrupaciones para adaptarse a diversas configuraciones de turbina (por ejemplo, unidades de un solo eje, dos ejes o tres ejes). El módulo proporciona funciones de protección implementadas tanto en hardware como en firmware, incluida la detección de exceso de velocidad, detección de aceleración/desaceleración, monitoreo del sistema de control principal y procesamiento de entrada de disparo de contacto. Es un componente central para proteger maquinaria rotativa como turbinas de gas y turbinas de vapor.
Arquitectura y compatibilidad del sistema
1.Componentes del sistema
Módulo de E/S IS220PPRAH1A: Responsable de la adquisición de señales, el procesamiento lógico y las decisiones de protección.
Tablero de terminales TREA: Proporciona salidas de relé, interfaces de entrada de disparo y admite funciones de parada de emergencia (E-Stop) y protección contra exceso de velocidad.
Placa opcional WREA: amplía las capacidades del sistema con salidas de repetidor de señal de velocidad, mejorando la confiabilidad.
2.Notas de compatibilidad
El IS220PPRAH1A forma parte de la serie PPRA junto con las variantes PPRAS1A y PPRAS1B. Sin embargo, no está certificado según los estándares IEC 61508 y, por lo tanto, no debe usarse en bucles de seguridad que requieran una certificación de nivel de integridad de seguridad (SIL). Para aplicaciones con certificación SIL, se deben utilizar las versiones PPRAS1A o S1B. El PPRAH1A tiene un rango de temperatura de funcionamiento de -30 °C a 65 °C, lo que lo hace adecuado para entornos industriales generales.
3.Requisitos de instalación
Debe usarse con una placa de terminales TREA y requiere la instalación de la placa opcional WREA.
Se deben instalar tres módulos PPRA simultáneamente para formar el sistema TMR; No se admite el funcionamiento con paquete único o doble.
El módulo se conecta directamente a la placa TREA a través de un conector de clavija DC-62 y se fija mediante postes roscados.
Funciones principales detalladas
1. Entrada de velocidad y procesamiento de señales
El IS220PPRAH1A acepta seis entradas de sensores de velocidad, configurables según la disposición del eje de la turbina:
Tres grupos de dos sensores (dos sensores por eje, hasta tres ejes)
Dos grupos de tres sensores (tres sensores por eje, hasta dos ejes)
Cada señal de velocidad se procesa a través de un algoritmo de selección alta o selección media para generar un valor de frecuencia de pulso único que representa la velocidad real de cada eje. El módulo realiza la detección de diferencias entre sensores en el mismo eje. Si la diferencia excede un umbral configurable (por ejemplo, 25 RPM), se genera una alarma de diagnóstico 'Los sensores de velocidad dual no coinciden'.
2. Función de protección contra exceso de velocidad
2.1. Protección contra exceso de velocidad del firmware
Implementado en lógica programable. El punto de ajuste del disparo por exceso de velocidad se puede obtener del espacio de señal o de un valor de configuración local.
Admite pruebas de exceso de velocidad en línea y fuera de línea. Durante la prueba, el punto de ajuste de disparo se puede reducir temporalmente (hasta el 94% del valor configurado).
Incluye una verificación del acuerdo de punto de ajuste; si el valor de configuración no coincide con el valor recibido de Signal Space cuando la velocidad es cero, se declara un error y se inhibe la operación.
2.2. Protección contra exceso de velocidad de hardware
Implementado íntegramente en lógica de hardware, independiente del firmware del procesador, con un tiempo de respuesta inferior a 20 ms.
El punto de ajuste de exceso de velocidad se carga solo cuando el módulo arranca o se reinicia y no se puede cambiar durante la operación.
Cada una de las seis entradas de velocidad se monitorea individualmente para detectar exceso de velocidad del hardware, lo que garantiza protección incluso si falla el firmware.
Requiere dos revoluciones del eje adyacente para exceder el punto de ajuste para iniciar un disparo, evitando disparos falsos.
3. Protección de aceleración y desaceleración
El módulo calcula la tasa de cambio de velocidad (aceleración) en tiempo real y admite un umbral de disparo de aceleración configurable.
La protección de desaceleración utiliza un umbral de disparo fijo del 100% por segundo y no es configurable.
La aceleración se calcula comparando dos muestras de velocidad adyacentes durante un período configurable (AccelCalTime, 10-100 ms).
4. Función de disparo de entrada de contacto discreto
El IS220PPRAH1A admite cuatro entradas de disparo de contactos discretos aislados, que pueden funcionar en dos modos:
Disparo directo: la señal de entrada activa directamente un disparo de hardware, sin pasar por la lógica del firmware para obtener la máxima velocidad.
Disparo condicional: la acción del disparo depende del estado de la comunicación (indicado por una señal de mantenimiento de red). Si se pierde la comunicación con el controlador, se permiten automáticamente disparos condicionales.
Todas las entradas de contactos incluyen un filtro antirrebote de 8 ms para evitar disparos falsos debido a la vibración de los contactos.
5. Función de vigilancia del control principal
El módulo monitorea continuamente una señal de latido (Device Heartbeat) proporcionada por el controlador principal.
Si no se detecta ningún cambio en el valor del latido durante cinco tramas de datos consecutivas, se bloquea un disparo de vigilancia de control.
Si el controlador principal se recupera y se comunica correctamente durante 60 segundos, la condición de disparo se restablece automáticamente.
6. Detección de diferencia de velocidad y velocidad estancada
Protección de diferencia de velocidad: Compara la velocidad calculada por PPRA (PulseRate1) con el valor de velocidad (Speed1) proporcionado por el controlador principal. Si la diferencia excede un porcentaje configurable (basado en RatedRPM_TA) durante tres muestras consecutivas, se inicia un viaje.
Protección de velocidad obsoleta: si el valor de velocidad del controlador principal (Velocidad1) permanece sin cambios durante 100 tramas de datos consecutivas (lo que indica una pérdida de integridad de la señal), se bloquea un disparo. Esta protección se basa en el principio de que una señal de velocidad en vivo siempre presenta variaciones menores ('dithering').
7. Sincronización de tiempo y monitoreo de sincronización de cuadros
El módulo se basa en la sincronización horaria a través de IONet. Supervisa el número de trama de sincronización.
Si se detectan errores graves o una pérdida de sincronización (por ejemplo, tramas fuera de secuencia), se activa un disparo de sincronización de trama.
Esto garantiza que el PPRA permanezca sincronizado en el tiempo con el controlador principal, evitando fallos de funcionamiento de la protección debido a retrasos en la comunicación.
8. Salidas de relé y retroalimentación
El IS220PPRAH1A proporciona señales de accionamiento para tres relés de disparo de emergencia (ETR1–ETR3) y monitorea sus señales de estado de retroalimentación.
El estado comandado de cada controlador de relé se compara con su estado de retroalimentación real. Una discrepancia genera una alarma de diagnóstico.
Una función de prueba permite desenergizar cada relé individualmente para fines de prueba sin provocar un disparo del sistema.
Principios operativos y flujo de señales
Convenciones de tipos de señales
Termina con (SS): la señal se genera dentro del PPRA y se envía al espacio de señal del controlador.
Termina con SS: La señal se genera en el controlador y la PPRA la recibe a través de Signal Space.
Termina con (IO): la señal se genera dentro del PPRA y se envía al hardware.
Termina con IO: la señal es una entrada de hardware al PPRA.
Termina en CFG: Denota un parámetro de configuración.
Combinación de señal de disparo
Todas las señales de disparo individuales (p. ej., sobrevelocidad, aceleración, entrada de contacto, vigilancia) se combinan en una única señal de disparo compuesta (ComposTrip1), que se utiliza en la lógica de salida del relé. Fundamentalmente, los disparos por exceso de velocidad del hardware y los disparos por contacto directo tienen rutas que se implementan completamente en hardware o lógica programable, no en firmware. Esto garantiza que un mal funcionamiento del firmware del procesador no pueda evitar que estas señales críticas inicien un disparo.
Diseño a prueba de fallos
El módulo pasa por defecto a un estado de 'disparo' cuando está apagado, durante el inicio, durante un reinicio del hardware o cuando no está en línea.
Un circuito de vigilancia de hardware monitorea el funcionamiento del firmware. Si se detecta un mal funcionamiento del firmware, se activa un reinicio del hardware, lo que fuerza un disparo.
Todas las señales críticas (velocidad, latidos, sincronización de cuadros) incorporan mecanismos de detección de discrepancia o tiempo de espera, lo que garantiza que el sistema falle de manera segura en una condición de disparo en circunstancias anormales.
Configuración y diagnóstico
Herramienta de configuración
El módulo se configura utilizando el software ToolboxST de GE. Los parámetros de configuración clave incluyen:
Tipo de turbina (p. ej., turbina de gas, turbina de vapor)
Agrupación de entradas de velocidad (tres grupos o dos grupos)
Puntos de ajuste de sobrevelocidad, punto de ajuste de aceleración, límites de diferencia
Habilite/deshabilite configuraciones para funciones como vigilancia, diferencia de velocidad y detección de velocidad estancada.
Autodiagnóstico
Autoprueba de encendido: verifica la RAM, la memoria flash, los puertos Ethernet y el hardware del procesador.
Monitoreo continuo: monitorea las fuentes de alimentación internas, las corrientes de retroalimentación analógica y los estados de comando/retroalimentación del relé.
Verificación de identificación electrónica: verifica que el módulo, la placa de terminales y el hardware de la placa opcional sean compatibles y coincidan con el código de aplicación cargado.
LED indicadores de estado
La placa frontal del módulo presenta seis LED de estado:
RUN: Verde cuando los relés están energizados (Run), Rojo cuando los relés están desenergizados (Trip).
ESTP: Verde cuando la entrada de parada de emergencia (si es compatible) está en estado de ejecución, rojo cuando la parada de emergencia está activa.
OSPD: Rojo cuando se detecta y bloquea una condición de exceso de velocidad.
WDOG: Rojo cuando está activo un disparo basado en funciones de vigilancia (Control Watchdog, Diferencia de Velocidad, etc.).
SIL: El PPRAH1A no admite la funcionalidad SIL; Este LED no es aplicable.
KREA: El color verde indica que se detecta energía en el submódulo KREA.
