Módulo de E/S de protección de respaldo TMR GE IS220PPROS1B

El IS220PPROS1B es un módulo de E/S de protección de respaldo con triple redundancia modular (TMR) dentro del sistema de control Mark VIe de GE, diseñado para turbinas de gas, turbinas de vapor y otras maquinarias rotativas. Sirve como una capa de protección de respaldo independiente del sistema de control primario, proporcionando funciones tales como protección contra exceso de velocidad, verificación de sincronización, monitoreo del control principal y disparo de emergencia. Esto garantiza un apagado seguro en caso de una falla del sistema de control primario, evitando daños al equipo e incidentes catastróficos.

El IS220PPROS1B es una versión con certificación de seguridad que cumple con el estándar IEC 61508, adecuada para aplicaciones industriales que requieren certificación según IEC 61511 para bucles instrumentados de seguridad. Su diseño enfatiza la independencia de hardware y software, garantizando que las funciones de protección permanezcan operativas independientemente del estado del sistema de control primario.

Arquitectura del sistema y composición del hardware

1 estructura de hardware

• Placa de procesador: Utiliza una placa de procesador BPPC, compatible con el software ControlST V04.07 y posterior.

• Placa de aplicación (BPRO): contiene circuitos de hardware específicos de la aplicación para funciones como detección de exceso de velocidad, activación de relés y procesamiento de señales de pulso.

• Tableros de terminales: Se pueden montar directamente en tableros de terminales SPRO, TPROS#C, TPROH#C o TREA.

• Interfaz de comunicación: se conecta al IONet a través de puertos Ethernet para el intercambio de datos con el controlador principal.

2 opciones de configuración del sistema

• Configuración TMR: Tres módulos PPRO están conectados a las redes de controladores R, S y T respectivamente, implementando una lógica de votación 2 de 3.

• Configuración simplex: Adecuado para usar con la placa de terminales TRES, donde un módulo PPRO monitorea dos controladores (R y S).

• Configuración independiente: la placa de terminales TREA permite montar tres módulos PPRO directamente, eliminando la necesidad de cableado externo entre placas.

Funciones básicas y principios operativos

1 Protección contra exceso de velocidad
El IS220PPROS1B proporciona tres niveles de protección contra exceso de velocidad: control, primaria y emergencia. El nivel de emergencia es ejecutado de forma independiente por la PPRO e incluye:

• Protección contra exceso de velocidad de hardware:

• Utiliza lógica de hardware independiente del software para la detección de exceso de velocidad.

• El punto de ajuste de disparo ( OSHW_Setpoint ) se carga solo durante el inicio del módulo, lo que garantiza que no se vea afectado por errores del software en tiempo de ejecución.

• Requiere dos revoluciones consecutivas del eje para exceder el punto de ajuste y activar un disparo. El tiempo de respuesta suele ser inferior a 60 ms a velocidades de funcionamiento normales.

• Protección contra exceso de velocidad del firmware:

• Realiza cálculos en tiempo real basados ​​en tres señales de velocidad (HP, IP, LP).

• Admite protección contra exceso de velocidad basada en velocidad (RBOS), que ajusta dinámicamente el punto de ajuste de disparo por exceso de velocidad en función de la aceleración actual del eje.

• Función RBOS (sólo PPROS1B):

• Permite a los usuarios definir una curva de respuesta utilizando cinco puntos de interrupción de puntos de ajuste de aceleración/RPM.

• A medida que aumenta la aceleración del eje, el punto de ajuste de sobrevelocidad impulsado por RBOS disminuye, lo que permite un inicio más temprano del viaje en condiciones de alta aceleración.

2 Función de verificación de sincronización

• Monitorea el voltaje, la frecuencia y el ángulo de fase del generador y del bus a través de dos entradas de transformador de potencial (PT).

• Energiza el relé K25A para permitir el cierre del disyuntor cuando las condiciones están dentro de los límites configurables para la diferencia de voltaje, la diferencia de frecuencia (deslizamiento) y la diferencia de ángulo de fase.

• Incluye función de bypass para cierre de autobús muerto.

3 Vigilancia de control principal

• Supervisa el estado del controlador principal a través de una señal de latido ( DEVICE_HB ) recibida a través de IONet.

• Activa un disparo si falta el latido durante cinco cuadros de datos consecutivos.

• Admite el monitoreo de dos controladores principales; un controlador en buen estado es suficiente para evitar un disparo.

4 otras funciones protectoras

• Detección de diferencia de velocidad: se dispara si la diferencia entre la señal de velocidad del control primario y la velocidad calculada del PPRO excede un umbral configurado para tres muestras consecutivas.

• Detección de velocidad estancada: se activa si la señal de velocidad del controlador principal deja de cambiar (timbre) durante un período prolongado (100 fotogramas), lo que indica una posible pérdida de integridad de la señal.

• Detección de eje LP bloqueado: se activa si el eje HP tiene velocidad mientras el eje LP permanece a velocidad cero.

• Disparos de entrada de contacto discretos: Siete entradas de contacto aisladas admiten el inicio de disparo directo (basado en hardware) o condicional (basado en lógica de firmware).

• Parada de emergencia (parada de emergencia): monitorea las señales de parada de emergencia externas e inicia un viaje cruzado al control primario.

5 salidas de relé y retroalimentación

• Relés de disparo de emergencia (ETR1–ETR3): controlan los solenoides de disparo.

• Relés economizadores (KE1–KE3): Inserte una resistencia en serie en el circuito del solenoide después de la activación para reducir la corriente de mantenimiento.

• Servorelé suicida (K4CL): fuerza el cierre de las válvulas de combustible o vapor (común en sistemas simplex).

• Relé de verificación de sincronización (K25A): Controla el comando de cierre del disyuntor del generador.

Diferencias clave: IS220PPROS1B frente a IS220PPROH1A

Aplicaciones típicas

• Turbinas de gas (eje simple / dos ejes)

• Turbinas de vapor (grandes, medianas, pequeñas)

• Centrales de Ciclo Combinado (configuración STAG)

• Aplicaciones industriales que requieren el cumplimiento de los niveles de integridad de seguridad SIL 2 / SIL 3.