Pack d'E/S de servocommande GE IS220PSVOH1B

L'IS220PSVOH1B est un module d'E/S de servocommande haute performance appartenant à la série PSVO (Servo Control I/O Pack) au sein du système de contrôle GE (General Electric) Mark VIe. Ce module est spécialement conçu pour fournir une interface électrique précise et une fonction de contrôle pour les servovannes des turbines à gaz, des compresseurs et autres machines tournantes industrielles. L'IS220PSVOH1B communique avec le bornier du servo TSVC via un ou deux réseaux Ethernet d'E/S et coopère avec l'ensemble de servomoteur WSVO adjacent pour obtenir un contrôle en boucle fermée de deux boucles de position de servovalve indépendantes.

L'IS220PSVOH1B adopte une conception modulaire, intégrant une carte processeur d'E/S distribuées commune et une carte d'E/S à fonction d'asservissement dédiée. Le module prend en charge cinq courants de sortie de servovanne sélectionnables allant de 10 mA à 120 mA, s'adaptant à des servovannes de différentes spécifications. Le module fournit également des signaux d'excitation LVDT (Transformateur différentiel variable linéaire) et peut recevoir jusqu'à huit signaux de rétroaction LVDT et deux entrées de fréquence d'impulsion provenant de débitmètres de carburant.

L'IS220PSVOH1B peut être appliqué dans les systèmes simplex et TMR (Triple Modular Redundant), répondant aux exigences de haute fiabilité et de haute disponibilité des applications de contrôle industriel. Le module se connecte directement au bornier TSVCH1A via un connecteur DC-62 broches et accède au réseau IONet via des interfaces Ethernet RJ-45 pour l'échange de données en temps réel avec le contrôleur.

II. Structure matérielle et interfaces

2.1 Dimensions physiques et montage

L'IS220PSVOH1B est conçu avec une technologie compacte de montage en surface. Ses dimensions physiques sont les suivantes :

2.2 Connecteurs principaux

L'IS220PSVOH1B est équipé des connecteurs suivants :

• Connecteur DC‑62 broches  : situé sous le module, s'accouple directement au connecteur correspondant sur le bornier TSVC, transportant tous les signaux d'E/S, y compris les signaux LVDT, les commandes de courant d'asservissement et les sorties d'excitation.

• ENET1 (RJ‑45) : Interface Ethernet du système primaire pour la connexion au réseau IONet.

• ENET2 (RJ‑45)  : interface Ethernet système redondante/secondaire prenant en charge les configurations à double réseau pour une fiabilité de communication améliorée.

• Port infrarouge : Situé sur le panneau avant mais non utilisé dans ce produit.

2.3 LED d'état

Plusieurs indicateurs LED sur le panneau avant fournissent des diagnostics visuels, notamment l'état de l'alimentation, l'état de la liaison Ethernet et l'état de santé du module.

III. Description fonctionnelle

3.1 Fonction de servocommande

L'IS220PSVOH1B fonctionne avec l'ensemble servomoteur WSVO. Le WSVO contient une alimentation qui convertit l'entrée de tension P28 en ±15 V pour les circuits du régulateur de courant d'asservissement, deux régulateurs de courant d'asservissement fonctionnant à partir des références de courant fournies par le pack d'E/S, une sélection de cinq gains configurables, ainsi que les relais suicide d'asservissement et les circuits de commande de sortie d'excitation.

À l'intérieur du module, la carte servo BSVO multiplexe 24 canaux analogiques dans un convertisseur A/D 16 bits (taux d'échantillonnage de 100 kHz, plage de ±10 V CC). Cet A/D gère les signaux du régulateur de courant servo, les entrées LVDT et la surveillance de l'alimentation. Les références de courant pour les régulateurs de courant analogiques du WSVO sont générées sur le BSVO par un convertisseur N/A 14 bits. L'excitation LVDT utilise un convertisseur numérique-analogique qui produit une onde sinusoïdale de 3,2 kHz, qui est filtrée et transmise au WSVO.

3.2 Interface LVDT

Le module prend en charge jusqu'à huit entrées de retour LVDT pour une mesure précise de la position des vannes ou des actionneurs. Chaque entrée LVDT est dotée d'un filtrage passe-bas et d'une réjection élevée du mode commun pour garantir des signaux de position stables même dans des environnements électromagnétiques difficiles. Les utilisateurs peuvent effectuer un étalonnage automatique de chaque LVDT à l'aide du logiciel ToolboxST, en enregistrant les valeurs Vrms correspondant aux positions de vanne complètement fermées et complètement ouvertes (MnLVDTx_Vrms et MxLVDTx_Vrms), convertissant ainsi les signaux de tension en pourcentages de position de 0 % à 100 %.

3.3 Entrées de fréquence d'impulsion

L'IS220PSVOH1B fournit deux canaux d'entrée de fréquence de pouls, configurables pour :

• Magnétique (passif) : Convient aux débitmètres de carburant et appareils similaires. Le circuit de conditionnement du signal est optimisé pour les capteurs diviseurs de débit.

• Capteur actif TTL : convient aux capteurs de sortie actifs 5–27 V.

Les entrées de fréquence d'impulsion prennent également en charge plusieurs types d'applications :

• Type de débit  : Utilisé pour les mesures de débit de carburant du diviseur de débit.

• Type de vitesse : Utilisé pour la mesure conventionnelle de la vitesse d’une turbine à arbre unique.

• Type Vitesse élevée : Étend la plage de mesure de vitesse.

• Speed ​​LM : Conçu spécifiquement pour les turbines de la série LM.

• Speed_HSNG  : Utilisé pour compenser un espacement incohérent des dents sur la roue de vitesse. Ce mode mappe l'espacement des dents pour supprimer les variations périodiques de vitesse, fournissant ainsi des bits d'état de verrouillage de mappage (HSNGn_Stat).

Si le verrouillage ne peut pas être obtenu en raison d'une variation excessive de dent à dent, le paramètre Lock_Limit peut être ajusté par incréments de 1 % pour permettre davantage de variation par tour. Les raisons d'ajustement peuvent inclure : une roue de vitesse magnétisée, une roue de vitesse en deux parties, des interférences électromagnétiques externes ou des pratiques de câblage/blindage inappropriées. Cependant, augmenter Lock_Limit permet une plus grande variation de vitesse ; la cause profonde doit être traitée autant que possible.

3.4 Étalonnage de la servovalve

L'IS220PSVOH1B prend en charge les tests de course des actionneurs de vanne. Les performances du servo peuvent être vérifiées de trois manières :

• Mode manuel  : saisissez la valeur souhaitée numériquement et surveillez les performances à l'aide de l'enregistreur de tendances.

• Rampe de position (Vérifier la position) – applique une rampe à l'actionneur.

• Courant de pas (Verify Current) – applique une entrée de pas à l'actionneur.

Lorsqu'un nouveau bornier est utilisé sur un système, un recalibrage des boucles d'asservissement IS220PSVOH1B est nécessaire. Le contrôleur enregistre le code-barres du bornier et le compare au bornier actuel pendant le temps de chargement de la reconfiguration. Chaque fois qu'un étalonnage est enregistré, le nom du code-barres est mis à jour sur la carte actuelle.

Étapes de calibrage (dans ToolboxST) :

1. Dans l'éditeur de composants, sélectionnez l'onglet Matériel.

2. Dans l'arborescence, sélectionnez le module IS220PSVOH1B souhaité.

3. Dans la vue récapitulative, sélectionnez l'onglet Variables, puis cliquez sur Passer en ligne/hors ligne.

4. Faites défiler jusqu'à CalibEnab1 ou CalibEnab2 et double-cliquez pour activer l'étalonnage (seuls les régulateurs activés peuvent être étalonnés).

5. Passez à l'onglet Régulateurs, sélectionnez le régulateur souhaité dans la liste déroulante et cochez la case Activer.

6. Cliquez sur le bouton Calibrer pour ouvrir la boîte de dialogue Calibrer la vanne.

7. Cliquez sur Mode d'étalonnage pour accéder au mode d'étalonnage.

8. Cliquez sur Fin minimale (l'actionneur de course jusqu'à l'extrémité minimale), Fixer la fin minimale (lire la tension), Fin maximale (la course jusqu'à l'extrémité maximale), Fixer la fin maximale (lire la tension).

9. Cliquez sur Calibrer pour utiliser les valeurs calculées, puis sur Enregistrer pour les stocker dans le module d'E/S et dans la configuration actuelle de ToolboxST.

Les commandes de vérification (aucune exigence de séquence) incluent : Position (pas et moniteur), Courant (pas et moniteur), Manuel (mouvement manuel, utilisé avec le bouton Envoyer), Envoyer (envoyer la valeur de consigne), OFF (sortir du mode de vérification).

3.5 Types d'algorithmes de régulateur

L'IS220PSVOH1B prend en charge plusieurs types d'algorithmes de servorégulateur sélectionnables via le paramètre Reg_Type :

Chaque type de régulateur possède des paramètres de configuration dédiés tels que le gain (RegGain), la polarisation nulle (RegNullBias), les limites de position (MaxPOSvalue/MinPOSvalue) et les valeurs de correspondance de tension LVDT (MnLVDTx_Vrms/MxLVDTx_Vrms).

3.6 Fonction de tramage

Pour éviter que la servovalve ne colle en raison d'un fonctionnement statique prolongé, l'IS220PSVOH1B fournit une fonction de tramage à amplitude réglable. Options de fréquence de tramage : 12,5 Hz, 25 Hz, 33,33 Hz, 50 Hz, 100 Hz ou Inutilisé. L'amplitude de dither (DitherAmpl) est spécifiée en % de courant, plage de 0 à 10 %. Remarque : Lorsque la détection de bobine en court-circuit est activée, les amplitudes de tremblement supérieures à 2 % ne sont pas recommandées car elles peuvent interférer avec le calcul de la résistance de la bobine. Si l'amplitude de tramage est critique, désactivez le calcul de la résistance de la bobine.

3.7 Protection contre le suicide

L'IS220PSVOH1B fournit plusieurs mécanismes de protection contre le suicide pour les sorties servo afin de garantir un entraînement sûr de la servovalve vers une position sûre (généralement fermée) lors de la détection d'un défaut. Les conditions de suicide configurables incluent :

• Suicide actuel (EnablCurSuic) : Déclenché lorsque l'erreur entre le courant commandé et le courant de retour réel dépasse le seuil Curr_Suicide défini (0–100 %).

• Suicide par retour de position (EnablFbkSuic)  : Déclenché lorsque le retour de position dépasse la plage (100 % + Fdbk_Suicide).

• Suicide à bobine ouverte (OpenCoilSuic) : Déclenché lors de la détection d'une servo-bobine ouverte ; utilisez OpenCoildiag pour obtenir des informations de diagnostic spécifiques.

• Suicide de bobine courte (ShrtCoilSuic)  : déclenché lors de la détection d'une bobine de servo court-circuitée ; utilisez ShrtCoildiag pour les détails du diagnostic.

La détection des circuits ouverts et des courts-circuits est basée sur le calcul de la résistance de la bobine : après calibrage, RcoilOpen = 2 × (Tension de conformité du servo / Courant du servo), RcoilShort = 0,5 × (Tension de conformité du servo / Courant du servo). Les utilisateurs peuvent définir RopenTimeLim et RShrtTimeLim (secondes) comme délais de confirmation de panne.

VI. Résumé des paramètres de configuration

L'IS220PSVOH1B est configuré via le logiciel ToolboxST. Les principaux éléments de configuration incluent :

4.1 Onglet Servos

4.2 Onglet Fréquences de pouls

4.3 Onglet Régulateurs

V. Diagnostics et alarmes

L'IS220PSVOH1B effectue les tests d'autodiagnostic suivants :

• Autotest à la mise sous tension : vérifie la RAM, la mémoire flash, les ports Ethernet et la plupart des composants de la carte processeur.

• Surveillance continue des alimentations internes.

• Vérification d'identification électronique : vérifie que l'ensemble matériel du bornier, de la carte d'acquisition et de la carte processeur correspond et que le code d'application en flash est correct pour le matériel.

• Chaque entrée analogique dispose de contrôles de limites matérielles basés sur des niveaux haut et bas prédéfinis (non configurables) proches de la plage de fonctionnement. En cas de dépassement, un signal logique est activé et l'entrée n'est plus scrutée.

• Chaque entrée dispose également de contrôles de limites du système basés sur des niveaux haut/bas configurables, qui peuvent générer des alarmes, activer/désactiver des fonctions et être verrouillés/non verrouillés. RSTSYS réinitialise les conditions hors limites.

• Le matériel d'entrée analogique inclut des tensions de référence de précision dans chaque balayage ; les valeurs mesurées sont comparées aux valeurs attendues pour confirmer l'état du convertisseur A/D.

• Le courant de sortie analogique est détecté sur le bornier à l'aide d'une petite résistance de charge ; le pack d'E/S conditionne ce signal et le compare au courant commandé pour confirmer l'état du convertisseur D/A.

• Le relais suicide de sortie analogique est surveillé en permanence pour vérifier l'accord entre l'état commandé et l'indication de retour.

Des informations de diagnostic détaillées sont disponibles via l'application ToolboxST. Les signaux de diagnostic peuvent être verrouillés et réinitialisés individuellement via le signal RSTDIAG lorsqu'ils reviennent à l'état sain.

VI. Notes d'installation

1. Montez solidement le bornier TSVCH1A.

2. Branchez un (simplex) ou trois (TMR) modules IS220PSVOH1B directement dans les connecteurs du bornier.

3. Fixez mécaniquement les modules à l'aide des inserts filetés à côté des ports Ethernet et du support de montage spécifique au bornier. Ajustez la position du support de manière à ce qu'aucune force à angle droit ne soit appliquée au connecteur à broches DC‑62.

4. Branchez les ensembles de servomoteurs WSVO dans les connecteurs J2 à 48 broches et fixez-les avec les quatre vis.

5. Branchez un ou deux câbles Ethernet en fonction de la configuration du système. Lorsqu'une seule connexion IONet est utilisée, le module fonctionne sur l'un ou l'autre port. Si des connexions doubles sont utilisées, la pratique standard consiste à connecter ENET1 au réseau associé au contrôleur R.

6. Mettez sous tension les packs d'E/S et les pilotes à l'aide des interrupteurs d'alimentation du TSVC. Utilisez SW3 pour R, SW2 pour S et SW1 pour T et vérifiez les voyants lumineux. Pour les applications simplex qui utilisent le TSVC JDI/JD2 (relais K1), vérifiez que SW1 est allumé et que la LED verte DS1 est allumée ; sinon, le relais de priorité de déclenchement K1 ne fournira pas la protection prévue.

7. Utilisez l'application ToolboxST pour configurer les packs d'E/S si nécessaire. Remarque : Si la configuration téléchargée contient des packs d'E/S avec des ID de module différents de ceux de la configuration en cours d'exécution, un micrologiciel incorrect peut être installé sur certains packs d'E/S. Dans ce cas, assurez-vous que le contrôleur exécute la nouvelle configuration, redémarrez l'ensemble du système, puis redémarrez l'assistant de téléchargement ToolboxST.