El IS220YTURS1A es un paquete de E/S crítico dentro del sistema de control de seguridad Mark VleS, diseñado específicamente para la protección primaria de turbinas. Es un módulo de E/S para aplicaciones específicas que funciona junto con tableros de terminales compatibles (como TTUR, TRPA, TRPG) para monitorear y proteger turbinas (de gas o vapor) contra peligros críticos como exceso de velocidad y fallas de llama. Su función principal es garantizar un apagado seguro del equipo al detectar condiciones peligrosas.
El módulo está diseñado y certificado de acuerdo con la norma de seguridad funcional IEC 61508. Es capaz de lograr:
SIL 2 en tolerancia a fallos de hardware (HFT) = 0 arquitecturas (p. ej., 1oo1, 2oo2).
SIL 3 en arquitecturas HFT = 1 (p. ej., 1oo2, 2oo3).
Es adecuado para su uso tanto en modos de operación continuos como de baja demanda y alta demanda.
Funciones clave
1. Monitoreo de velocidad y protección contra exceso de velocidad
El IS220YTURS1A admite hasta cuatro entradas de sensores de velocidad magnéticos pasivos, con un rango de frecuencia de 2 Hz a 20 000 Hz.
Cada canal de entrada se puede configurar de forma independiente para diferentes aplicaciones (p. ej., flujo, velocidad, velocidad_alta, velocidad_baja).
Incorpora un algoritmo rápido de detección de exceso de velocidad con lógica de disparo configurable, como disparo en un solo canal ( PR_Single ) o en el valor máximo de múltiples canales ( PR_Max ).
Se encuentran disponibles funciones de disparo de aceleración y desaceleración configurables para proteger contra cambios repentinos y peligrosos en la velocidad del eje.
2. Detección de llamas
Acepta entradas de hasta ocho detectores de llama (por ejemplo, tipo Geiger-Muller).
El circuito de detección de llama interpreta los pulsos de voltaje superiores a 2,5 V como un nivel lógico alto, lo que indica la presencia de llama. La frecuencia del pulso se mide mediante un contador durante un intervalo de tiempo configurable por el usuario (múltiplos de 40 ms).
El estado seguro del circuito de detección de llama YTUR se define como 'Llama presente'. Una pérdida de señal de llama constituye una condición insegura que desencadenará una acción protectora. No está diseñado para aplicaciones donde la llama detectada es un estado inseguro.
3. Control del dispositivo de disparo eléctrico (ETD)
El IS220YTURS1A controla las salidas de relé de disparo para interactuar con dispositivos de disparo eléctricos (ETD), que normalmente cortan la energía para disparar los solenoides, iniciando un apagado mecánico.
En una configuración Triple Modular Redundante (TMR), las salidas de tres paquetes YTUR están conectadas a una placa terminal (como TRPG o TRPA) que implementa un circuito de votación de hardware (por ejemplo, votación 2 de 3) para garantizar que una sola falla no impida un disparo.
4. Entrada de parada de emergencia (parada de emergencia)
Una entrada de parada de emergencia dedicada proporciona una ruta de apagado de emergencia basada en hardware. Cuando se activa, puede desenergizar directamente los relés de disparo.
Esta señal de parada de emergencia también se puede configurar para cruzar otros sistemas de protección, como la protección de respaldo contra sobrevelocidad YPRO, lo que garantiza la protección de todo el sistema.
5. Funciones no certificadas de seguridad (sin interferencias)
Sincronización de generador y control de disyuntor: proporciona funcionalidad sin clasificación de seguridad para sincronizar un generador con la red pública y controlar el disyuntor principal.
Monitoreo de corriente y voltaje del eje: monitorea el voltaje y la corriente inducidos del eje para ayudar a prevenir daños causados por las corrientes del eje, pero esto no es parte de la función de seguridad.
Monitoreo de transformador de potencial (PT): monitorea las señales de voltaje del generador y del bus de los transformadores de potencial para fines de control y monitoreo no relacionados con la seguridad.
Arquitectura del sistema y principio operativo
1. Arquitectura de hardware
El IS220YTURS1A funciona como un componente clave dentro de la arquitectura Mark VleS más amplia. Su ruta de señal consta de tres partes principales:
Tablero de terminales (TTUR/TRPA/TRPG): Proporciona la interfaz física para el cableado de campo, ofreciendo características como protección transitoria, ventilación de señal (para entradas TMR) y votación de salida (para salidas TMR).
Paquete de E/S (YTURS1A): El módulo en sí, que contiene una placa de procesador común y una placa de adquisición de datos única. Digitaliza señales, ejecuta algoritmos de protección y maneja la comunicación.
IONet: una red Ethernet cerrada y patentada que se utiliza para la comunicación entre los paquetes de E/S y los controladores Mark VleS Safety. Los paquetes de E/S envían datos de entrada de multidifusión a los controladores en cada cuadro, y los controladores transmiten datos de salida a los paquetes de E/S.
En un sistema TMR se utilizan tres módulos IS220YTURS1A (R, S, T). Cada módulo procesa las entradas distribuidas de forma independiente. Luego, los controladores realizan una selección mediana de las señales de velocidad y una votación mayoritaria (2 de 3) sobre las decisiones de salud y viaje, lo que garantiza el funcionamiento continuo incluso si falla un canal completo.
2. Flujo de trabajo de control y procesamiento de señales
Adquisición de entrada: Las señales de campo (velocidad, llama, parada de emergencia, etc.) se conectan al tablero de terminales, que las acondiciona y ventila a los módulos YTURS1A.
Procesamiento de señales: El YTURS1A digitaliza las señales analógicas y ejecuta sus algoritmos de firmware integrados. Para entradas de velocidad, calcula las RPM. Para las entradas de llama, determina el estado de llama encendida/apagada en función del recuento de impulsos.
Lógica de protección: el módulo compara continuamente los valores procesados (p. ej., velocidad, aceleración) con los puntos de ajuste de disparo configurados. También monitorea el estado de su propio hardware y señales de entrada.
Acción de salida: Si se cumple una condición de disparo (p. ej., exceso de velocidad) o se detecta una falla crítica, el YTURS1A desenergiza inmediatamente sus salidas de relé de disparo certificadas de seguridad. Esta acción se realiza localmente dentro del paquete de E/S, sin requerir un comando del controlador principal, lo que garantiza un tiempo de respuesta muy rápido.
Comunicación del sistema: Simultáneamente, el YTURS1A comunica el estado de todas las entradas, salidas y sus diagnósticos internos a los controladores Mark VleS a través de IONet para monitoreo, alarmas y visualización HMI a nivel del sistema.
3. Cobertura de Monitoreo y Diagnóstico de la Salud
El IS220YTURS1A presenta extensos diagnósticos integrados para detectar fallas de hardware, pérdida de comunicación y problemas de suministro de energía.
En el sistema Mark VleS, cada variable derivada de E/S tiene un estado de salud asociado. Este estado es una combinación del estado del punto (de los autodiagnósticos del paquete de E/S) y del enlace (de la validación del controlador de la integridad de la comunicación IONet).
El código de la aplicación puede monitorear el estado de las variables críticas utilizando el bloque de funciones VAR_HEALTH, lo que permite que la lógica de seguridad tome las medidas adecuadas si una entrada se considera en mal estado (por ejemplo, seleccionar un sensor redundante, iniciar una alarma).
La función de marca del sistema garantiza la integridad de la configuración. Una vez que se prueba y se califica la aplicación, cualquier cambio no autorizado en el código, las constantes o el hardware genera una alarma de diagnóstico.
4. Integración con YPRO e YSIL para protección en capas
El IS220YTURS1A suele ser parte de una estrategia de protección de múltiples capas:
IS220YTURS1A (Protección primaria): Sirve como sistema principal para protección contra sobrevelocidad y llamas.
YPRO (Protección de respaldo): proporciona una capa de protección contra exceso de velocidad redundante y completamente independiente, a menudo con mecanismos de disparo basados en firmware y hardware.
YSIL (Core Safety Protection): Ofrece el más alto nivel de integridad de seguridad (SIL 3) para las funciones más críticas, como la protección del compresor de gas.
Configuración y puesta en servicio
La configuración del IS220YTURS1A se realiza mediante la aplicación ToolboxST.
1. Configuración básica
Redundancia de paquetes de E/S (símplex o TMR)
Tipo de tablero de terminales, forma de hardware e identificación de código de barras
Asignaciones de puertos IONet
2. Configuración de los parámetros de protección
Puntos de ajuste de disparo por exceso de velocidad (p. ej., punto de ajuste PR1 a punto de ajuste PR4 )
Activación y puntos de ajuste del disparo de aceleración/desaceleración
Intervalo de tiempo de detección de llama y límites de umbral ( FlameLimitHigh , FlameLimitLow )
Verificaciones de límites del sistema y límites de diferencia de diagnóstico ( TMR_DiffLimit )
3. Configuración de puentes (en placa TRPA)
Certificación y aplicaciones de seguridad
