برد کنترل سروو IS200VSVOH1B جزء اصلی سیستم کنترل توربین گازی GE Mark VI است که برای کاربردهای کنترل صنعتی با دقت بالا و با قابلیت اطمینان بالا طراحی شده است. IS200VSVOH1B به عنوان هسته کنترلی شیرهای سروو الکتروهیدرولیک، وظیفه تنظیم دقیق باز شدن دریچه های بخار و سوخت را بر عهده دارد و در نتیجه امکان کنترل دقیق قدرت، سرعت و پارامترهای فرآیند توربین گاز را فراهم می کند.
این سیستم از طراحی برد ماژولار و بسیار یکپارچه استفاده می کند، که در یک رک استاندارد VME ادغام شده است و از طریق بردهای ترمینال TSVO (یا DSVO) به سنسورها و محرک های میدانی متصل می شود. هسته اصلی VSVO در الگوریتم تنظیم سروو دیجیتال پیشرفته و پشتیبانی سخت افزاری قدرتمند آن نهفته است. این می تواند به طور همزمان تا چهار کانال کنترل سروو مستقل را مدیریت کند و از معماری های مختلف سیستم از Simplex تا Triple Modular Redundancy (TMR) پشتیبانی می کند و نیازهای برنامه را از سطوح ایمنی معمولی تا بسیار بالا برآورده می کند.
توابع و ویژگی های اصلی
برد کنترل سروو IS200VSVOH1B دارای مجموعه ای از عملکردها و ویژگی های طراحی قدرتمند است که عملکرد پایدار، دقیق و ایمن آن را در محیط های صنعتی خشن تضمین می کند.
1. کنترل مستقل چند کاناله:
برد IS200VSVOH1B می تواند به طور همزمان چهار کانال کنترل سروو مستقل را کنترل کند. هر کانال شامل خروجی جریان سروو دو طرفه، پردازش سیگنال بازخورد موقعیت LVDT، منبع تحریک LVDT و ورودی جریان نرخ پالس است. این بدان معنی است که یک برد می تواند چندین شیر حیاتی را مدیریت کند و یکپارچگی سیستم و استفاده از فضای کابینت را بهبود بخشد.
2. بازخورد و تحریک موقعیت با دقت بالا:
پشتیبانی LVDT/LVDR: این سیستم از ترانسفورماتورهای دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT) یا سنسورهای رلوکتانس دیفرانسیل متغیر خطی (LVDR) به عنوان دستگاه های بازخورد اولیه برای موقعیت سوپاپ استفاده می کند که اندازه گیری موقعیت غیر تماسی و بسیار قابل اعتماد را ارائه می دهد. هر برد ترمینال TSVO می تواند تا 6 سیگنال سیم پیچ LVDT را متصل و پردازش کند.
منبع تحریک یکپارچه: VSVO سیگنال تحریک موج سینوسی ایزوله 3.2 کیلوهرتز، 7 Vrms را به طور خاص برای تامین انرژی LVDT ها ارائه می دهد. این منبع تحریک دارای اعوجاج هارمونیک کم (<1%) است و می تواند تحت ولتاژهای حالت معمول تا 35 ولت DC یا RMS کار کند و قابلیت ضد تداخل قوی را ارائه می دهد.
پیکربندی انعطاف پذیر: حلقه کنترل را می توان به طور انعطاف پذیر پیکربندی کرد تا از 1، 2، 3 یا 4 LVDT به عنوان بازخورد بر اساس الزامات برنامه استفاده کند. در سیستمهای TMR، سیگنالهای LVDT از طریق تختههای ترمینال (JR1، JS1، JT1) به سه قفسه کنترل مستقل منتقل میشوند و ورودی اضافی را ممکن میسازند.
3. نظارت بر ورودی ضربان نبض:
یک کانکتور اختصاصی J5 در پانل جلویی برد IS200VSVOH1B دو کانال ورودی نرخ پالس را برای اتصال پروبهای فعال یا پیکاپهای مغناطیسی غیرفعال (MPU) در کاربردهای اندازهگیری جریان توربین گاز فراهم میکند.
پشتیبانی از محدوده فرکانس بالا (2 هرتز - 30 کیلوهرتز). شمارش با سرعت بالا از طریق FPGA داخلی انجام می شود و به سیگنال های جریان یا سرعت تبدیل می شود و به عنوان بازخورد برای حلقه های تنظیم جریان یا برای نظارت عمل می کند.
4. درایو خروجی سروو قدرتمند و قابل تنظیم:
هر کانال خروجی سروو می تواند دریچه های سروو تک سیم پیچ (کاربردهای ساده) یا حداکثر سه سیم پیچ (کاربردهای TMR) را هدایت کند.
با پیکربندی جامپرها (JP1، JP2، JP3، و غیره) بر روی برد ترمینال TSVO، محدوده های مختلف خروجی منبع جریان دو جهته استاندارد (مثلاً ± 10 میلی آمپر، 20 ± میلی آمپر، 40 ±، 80 میلی آمپر، ± 120 میلی آمپر) را می توان برای مطابقت با سیم پیچ های سروو Ω2، 9، 8 مختلف انتخاب کرد. 1kΩ).
پشتیبانی از انتقال از راه دور، با طول کابل سروو تا 300 متر (حداکثر مقاومت دو سیم 15Ω).
5. حفاظت جامع در برابر خطا و تشخیصی:
رله خودکشی: هر خروجی سروو مجهز به یک رله 'خودکشی' با کنترل سیستم عامل است. به محض تشخیص یک خطای شدید (مثلاً از دست دادن کنترل جریان، فیدبک بیش از حد مجاز)، رله فعال می شود، خروجی سروو را به سیگنال مشترک کوتاه می کند، و شیر را به موقعیت ایمن (معمولاً بسته) وادار می کند. برای بازیابی یک فرمان بازنشانی دستی مورد نیاز است.
External Trip Protection: سیگنال های سفر خارجی را از ماژول حفاظت دریافت می کند (
) از طریق کانکتورهای JD1/JD2 روی برد ترمینال. در مواقع اضطراری مانند سرعت بیش از حد، رله K1 روی برد ترمینال فعال میشود، خروجی IS200VSVOH1B را قطع میکند و بایاس بسته شدن دریچه را اعمال میکند و یک لایه اضافی از حفاظت سختافزاری (عمدتاً برای سیستمهای سیمپلکس) ایجاد میکند.
تشخیص آنلاین: سیستم به طور مداوم پارامترهای کلیدی مانند ولتاژ خروجی سروو، جریان، وضعیت رله خودکشی، ولتاژ تحریک LVDT و ولتاژ کالیبراسیون A/D را کنترل می کند. دارای تشخیص مدار باز/کوتاه برای شناسایی مدارهای باز یا خطاهای امپدانس بالا در سیم پیچ سروو.
مقایسه دیفرانسیل TMR: در سیستم های TMR، سیگنال های ورودی از سه رک مقایسه می شوند. اگر اختلاف از حد تعیین شده بیشتر شود، یک نشانه خطا ایجاد می شود که به مکان یابی مشکلات سنسور یا کانال کمک می کند.
6. تنظیم کننده سروو دیجیتال:
هسته IS200VSVOH1B سیستم عامل تنظیم کننده سروو دیجیتال آن است. این حلقه کنترل را به بخشهای نرمافزار (در کنترلکننده) و سختافزار (در برد VSVO) تقسیم میکند و از چندین نوع تنظیمکننده (RegType) پشتیبانی میکند. کاربران می توانند بر اساس شی کنترل (موقعیت، جریان) و نیازهای افزونگی، مانند حلقه موقعیت تک LVDT، انتخاب حداقل/حداکثر LVDT دوگانه، سه انتخاب میانه LVDT، و حالت تخصصی 4_LV_LM برای ماشین آلات خاص، انتخاب کنند.
اصل کار
سیستم کنترل سروو IS200VSVOH1B یک مدار کنترل کامل حلقه بسته را تشکیل می دهد. اصل کار آن را می توان به عنوان یک فرآیند چرخه ای از 'اندازه گیری - مقایسه - محاسبه - محرک - بازخورد' خلاصه کرد.
1. ورودی و دریافت سیگنال:
بازخورد موقعیت: LVDT نصب شده بر روی محرک سوپاپ، سیگنال ولتاژ AC 3.2 کیلوهرتز (Vrms) متناسب با جابجایی هسته خود، که با میل سوپاپ حرکت می کند، خروجی می دهد. این سیگنال از طریق برد ترمینال TSVO تغذیه می شود، تحت سرکوب نویز و تهویه قرار می گیرد و به برد VSVO ارسال می شود.
بازخورد نرخ پالس (اختیاری): سیگنال های پالس از سنسورهای جریان یا سرعت به طور مستقیم به پورت J5 در پانل جلویی VSVO متصل می شوند. FPGA آنبورد شمارش و محاسبه فرکانس را با سرعت بالا انجام می دهد و آنها را به مقادیر جریان یا سرعت در واحدهای مهندسی (به عنوان مثال، GPM، RPM) تبدیل می کند.
2. پردازش بازخورد و انتخاب:
برای حلقه های موقعیت: بر اساس RegType پیکربندی شده ، سیستم سیگنال های LVDT ورودی را پردازش می کند. به عنوان مثال، در حالت 2_LVposMIN ، سیستم مقادیر بازخورد از دو LVDT را مقایسه میکند و کوچکتر را به عنوان سیگنال موقعیت معتبر انتخاب میکند، و یک منطق ایمنی 'شکست کوچک' را پیادهسازی میکند (مثلاً جلوگیری از باز شدن بیش از حد دریچه). این سیستم همچنین بررسی های مرزی و کالیبراسیون ولتاژ خام LVDT را انجام می دهد و آن را به یک مقدار مهندسی تبدیل می کند که موقعیت فیزیکی واقعی (0-100٪) را نشان می دهد.
عملکرد کالیبراسیون: در طول تعمیر و نگهداری، حالت کالیبراسیون را می توان از طریق جعبه ابزار شروع کرد. با هدایت شیر به حداقل و حداکثر توقف مکانیکی خود، سیستم به طور خودکار مقادیر MnLVDTx_Vrms و MxLVDTx_Vrms مربوطه را برای هر LVDT ثبت می کند و پارامترهای مقیاس داخلی و آفست را برای اطمینان از اندازه گیری موقعیت دقیق محاسبه می کند.
3. اجرای الگوریتم کنترل:
کنترل کننده (VCMI) بر اساس استراتژی کنترل، نقطه تنظیم موقعیت سوپاپ ( Regn_Ref ) را تولید می کند و آن را از طریق IONet به VSVO می فرستد.
تنظیم کننده سروو دیجیتال VSVO نقطه تنظیم موقعیت دریافتی را با بازخورد موقعیت واقعی پردازش شده ( Regn_Fdbk ) برای محاسبه خطای موقعیت ( Regn_Error ) مقایسه می کند.
سیگنال خطا توسط یک بهره متناسب قابل تنظیم ( RegGain ) تقویت می شود و یک بایاس تهی ( RegNullBias ) که برای متعادل کردن نیروی فنر سوپاپ استفاده می شود اضافه می شود. در برخی حالتهای پیچیده (مانند 4_LV_LM )، همچنین ممکن است تحت جبران پویا مانند فیلتر کردن لید-لگ قرار گیرد.
در نهایت، یک فرمان جریان سروو ( mA_cmdn ) تولید میشود که نشاندهنده مقدار و جهت جریان مورد نیاز برای تزریق به سیم پیچ سروو برای رسیدن به موقعیت هدف است.
4. درایو و خروجی فعلی:
فرمان جریان به تنظیم کننده جریان سخت افزاری (مبدل D/A و مدار تقویت کننده قدرت) روی برد VSVO ارسال می شود.
تنظیم کننده جریان یک جریان آنالوگ دو طرفه دقیق تولید می کند که از طریق برد ترمینال TSVO به سیم پیچ شیر سروو الکتروهیدرولیک خروجی می شود.
بر اساس میزان و جهت جریان، شیر سروو جهت و جریان سیال هیدرولیک را تنظیم می کند و در نتیجه محرک هیدرولیک را به حرکت دریچه به سمت موقعیت هدف هدایت می کند.
5. نظارت و حفاظت در زمان واقعی:
نظارت بر جریان سروو: سیستم به طور مداوم بازخورد جریان خروجی ( IMFBKn ) را نظارت می کند و آن را با دستور فعلی مقایسه می کند. اگر خطا به طور مداوم از نقطه تنظیم Sui_Margin فراتر رود ، حلقه فعلی خارج از کنترل تلقی می شود و منطق 'خودکشی' را راه اندازی می کند.
نظارت بر بازخورد موقعیت: به طور مداوم بررسی می کند که آیا مقدار بازخورد موقعیت در محدوده معقول تعریف شده توسط MinPOSvalue و MaxPOSvalue است (با یک اضافی Fdbk_suicide_margin ). حاشیه ایمنی اگر از محدودیت ها فراتر رود، به طور مشابه باعث خودکشی سروو یا ایجاد زنگ هشدار تشخیصی می شود.
خودآزمایی سخت افزار: برد VSVO به صورت دوره ای وضعیت سخت افزار کلیدی خود را بررسی می کند، مانند ولتاژ کالیبراسیون مبدل A/D و ولتاژ منبع تحریک LVDT. هر گونه ناهنجاری در متغیرهای تشخیصی آنبورد ثبت می شود و از طریق نشانگرهای LED پانل جلویی (فلاش سبز RUN، قرمز ثابت FAIL، نارنجی ثابت STATUS) و سیگنال تشخیصی مرکب ( L3DIAG_VSVO ) به کنترل کننده ارسال می شود.
کاربرد و نگهداری
کاربردهای معمول:
سیستم کنترل سروو VSVO عمدتاً در توربینهای گازی سری فریم جنرال الکتریک و توربینهای بخار برای کنترل دریچههای سوخت (شیرهای گاز، دریچههای نفت سوخت) و دریچههای بخار (شیرهای کنترل ورودی، شیرهای بایپس و غیره) استفاده میشود. این یک واحد کنترل کلیدی است که عملکرد ایمن، کارآمد و انعطاف پذیر واحد را تضمین می کند.
پیکربندی و نگهداری:
پیکربندی: با استفاده از نرمافزار جعبه ابزار اختصاصی، مهندسان میتوانند به طور انعطافپذیری نوع تنظیمکننده هر کانال (RegType)، بهره، محدودیتها، پارامترهای هشدار، استراتژی افزونگی و غیره را برای انطباق با ویژگیهای مختلف شیر و الزامات کنترل پیکربندی کنند.
نصب: برد از نصب استاندارد VME استفاده می کند، با کانکتورهایی که دارای مکانیسم های قفل برای اتصال مطمئن هستند.
عیب یابی: عملکردهای تشخیصی غنی، مکان یابی سریع خطا را تسهیل می کند، از جمله جدول کد خطا با جزئیات (به عنوان مثال، خطای Flash CRC، عدم تطابق شناسه برد، ولتاژ LVDT خارج از حد، ناهنجاری جریان سروو)، به طور قابل توجهی میانگین زمان تعمیر (MTTR) را کاهش می دهد.
